xây dựng cơ sở dữ liệu và thành lập bản đồ đặc điểm hải văn khu vực vịnh bắc bộ luận văn ths. địa lý tự nhiên

- Một cơ sở dữ liệu chứa các thông tin không gian thông tin địa lý và các thông tin thuộc tính, được tổ chức theo một ý đồ chuyên ngành nhất định.. Phần mềm được sử dụng trong kỹ thuật

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Hoa Thúy Quỳnh

XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐẶC ĐIỂM HẢI VĂN KHU VỰC VỊNH BẮC BỘ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2013

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Hoa Thúy Quỳnh

XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐẶC ĐIỂM HẢI VĂN KHU VỰC VỊNH BẮC BỘ

Chuyên ngành: Bản đồ viễn thám và GIS

Mã số: 60442014

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch

Hà Nội – Năm 2013

LỜI CẢM ƠN

Để có được kết quả này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến

PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, đã tận

tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Địa lý – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã nhiệt tình giảng dạy và tạo mọi điều kiện

giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và làm luận văn

Do thời gian và trình độ còn hạn chế nên luận văn của em không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót, kính mong thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để luận văn cũng như kiến thức chuyên môn của em có thể hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 11 năm 2013

Học viên thực hiện

Hoa Thúy Quỳnh

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu của đề tài 2

3 Nội dung nghiên cứu 2

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

5 Phương pháp nghiên cứu 3

6 Tài liệu sử dụng 3

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

8 Bố cục của luận văn 4

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ CHUẨN CƠ SỞ DỮ LIỆU 5

1.1 Hệ thông tin địa lý (GIS) 5

1.1.1 Khái niệm 5

1.1.2 Chức năng cơ bản của GIS 9

1.1.3 Cơ sở dữ liệu (CSDL) trong GIS 11

1.1.4 Các kiểu dữ liệu 12

1.1.5 Các kiểu đối tượng không gian 16

1.2 Chuẩn CSDL quốc gia trong GIS 19

1.2.1 Khái niệm chuẩn CSDL 19

1.2.2 Thực trạng xây dựng chuẩn CSDL GIS trên thế giới và trong nước 19

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP LUẬN XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM HẢI VĂN TRÊN BIỂN 24

2.1 Thực trạng và nhu cầu quản lý, khai thác thông tin đặc điểm hải văn trên biển 24

2.1.1 Thực trạng quản lý và khai thác thông tin 24

2.1.2 Nhu cầu quản lý và khai thác thông tin 26

2.2 Đề xuất phương pháp luận tối ưu xây dựng CSDL phục vụ nghiên cứu các đặc điểm hải văn trên biển 26

2.2.1 Đề xuất phương pháp xây dựng CSDL 26

2.2.2 Lựa chọn phần mềm ứng dụng 27

2.2.3 Quy trình công nghệ xây dựng CSDL 29

2.2.4 Thiết kế nội dung và cấu trúc cơ sở dữ liệu 32

2.2.4.1 Ranh giới 34

2.2.4.2 Dữ liệu nền 35

2.2.4.3 Nhóm dữ liệu về nhiệt độ nước biển, độ mặn nước biển, sóng biển và mực nước biển 35

Chương 3 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ BẢN ĐỒ ĐẶC ĐIỂM HẢI VĂN VỊNH BẮC BỘ 37

3.1 Giới thiệu chung về vịnh Bắc Bộ 37

3.1.1 Lịch sử nghiên cứu 37

3.1.2 Khái quát điều kiện tự nhiên, tài nguyên thiên nhiên khu vực vịnh Bắc Bộ 38

3.2 Cơ sở dữ liệu bản đồ số phục vụ nghiên cứu đặc điểm hải văn Vịnh Bắc Bộ 46

3.2.1 Hệ quy chiếu 46

3.2.2 Thiết kế cấu trúc các trường thông tin 47

3.2.2.1 Ranh giới 47

3.2.2.2 Dữ liệu nền 47

3.2.2.3 Dữ liệu về nhiệt độ nước biển, độ mặn nước biển, sóng biển và mực nước biển 50

3.3 Kết quả xây dựng cơ sở dữ liệu trong phần mềm Arcgis 51

3.3.1 Lớp thông tin nền 52

3.3.2 Lớp thông tin ranh giới 54

3.3.3 Lớp thông tin về nhiệt độ nước biển, độ mặn nước biển, sóng biển và mực nước biển 59

3.3.4 Thành lập bản đồ số về nhiệt độ nước biển, độ mặn nước biển, sóng biển và mực nước biển khu vực thử nghiệm 59

KẾT LUẬN 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Các thành phần của GIS 6

Hình 1.2 Cấu trúc raster 13

Hình 1.3 Cấu trúc vector 14

Hình 1.4 Chuyển dữ liệu từ vector sang raster 15

Hình 1.5 Chuyển dữ liệu từ raster sang vector 15

Hình 1.6 Sự khác biệt giữa cấu trúc dữ liệu raster và vector trong việc thể hiện các đối tượng không gian dạng đường 17

Hình 1.7 Minh hoạ đối tượng vùng ở dạng Raster và Vector 18

Hình 2.1 Cấu trúc của một GeoDatabase 29

Hình 3.1 Hệ thống CSDL xây dựng theo cấu trúc Personal Geodatabase 52

Hình 3.2 Tổ chức các lớp dữ liệu trong lớp thông tin nền 52

Hình 3.3 Thông tin đồ họa lớp thông tin giao thông 53

Hình 3.4 Thông tin thuộc tính lớp giao thông 53

Hình 3.5 Thông tin thuộc tính lớp thủy văn 54

Hình 3.6 Tổ chức các lớp dữ liệu trong lớp thông tin ranh giới 54

Hình 3.7 Ví dụ lớp thông tin ranh giới tỉnh khu vực nghiên cứu 55

Hình 3.8 Thông tin thuộc tính ranh giới tỉnh khu vực nghiên cứu 55

Hình 3.9 Tổ chức các lớp dữ liệu trong lớp thông tin đặc điểm hải văn 56

Hình 3.10 Ví dụ lớp thông tin nhiệt độ trung bình nước biển tầng mặtmùa đông 56

Hình 3.11 Thông tin thuộc tính lớp nhiệt độ bề mặt nước biển 57

Hình 3.12 Ví dụ lớp thông tin độ mặn nước biển 57

Hình 3.12 Thông tin thuộc tính lớp độ mặn nước biển 58

Hình 3.13 Ví dụ lớp thông tin mực nước biển 58

Hình 3.14 Thông tin thuộc tính lớp mực nước biển 59

Hình 3.15 Bản đồ nhiệt độ trung bình nước biển tầng mặtvịnh Bắc Bộ mùa đông 62 Hình 3.16 Bản đồ nhiệt độ nước biển tầng mặt vịnh Bắc Bộ ngày 15- 5 - 2008 63

Hình 3.17 Bản đồ nhiệt độ nước biển tầng mặt vịnh Bắc Bộ tính từ ảnh Modis ngày 15 -5 -2008 64

Hình 3.18 Bản đồ độ muối trung bình mùa đông tầng mặt vịnh Bắc Bộ 66

Hình 3.19 Bản đồ độ muối tầng mặt vịnh Bắc Bộ tháng 6 68

Hình 3.20 NDSI xây dựng trên ảnh Landsat 2000 69

Hình 3.21 Bản đồ sóng cực đại trung bình tháng 7 vịnh Bắc Bộ 71

Hình 3.22 Bản đồ đặc trưng mực nước biển nhiều năm vịnh Bắc Bộ 74

Hình 3.23 Đồ thị đặc trưng mực nước biển nhiều năm khu vực Bạch Long Vĩ, Hòn Dấu và Sầm Sơn 73

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Các cấu trúc của Geodatabase 30

Bảng 2.2 Lớp thông tin ranh giới 35

Bảng 2.3 Các lớp thông tin nền cơ bản 35

Bảng 2.4 Các lớp thông tin về đặc điểm hải văn 36

Bảng 3.1 Cấu trúc thông tin lớp ranh giới quốc gia 47

Bảng 3.2 Cấu trúc thông tin lớp ranh giới tỉnh 47

Bảng 3.3 Cấu trúc thông tin lớp đường bờ biển 48

Bảng 3.4 Cấu trúc thông tin lớp đường cơ sở 48

Bảng 3.5 Cấu trúc thông tin lớp thủy hệ 49

Bảng 3.6 Cấu trúc lớp thông tin giao thông 50

Bảng 3.7 Cấu trúc thông tin lớp nhiệt độ nước biển tầng mặt 50

Bảng 3.8 Cấu trúc thông tin lớp độ muối 50

Bảng 3.9 Cấu trúc thông tin lớp sóng biển 51

Bảng 3.10 Cấu trúc lớp thông tin mực nước biển 51

Bảng 3.11 Kết quả tính toán SST từ ảnh MODIS 65

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

ATNĐ Áp thấp nhiệt đới HTTĐL Hệ thông tin địa lý

Normalized Differential Salinity Index Chỉ số mặn hóa

DBMS

Database Management

System

Hệ quản trị cơ sở dữ liệu

SQL Structured Query Language

Ngôn ngữ truy vấn mang tính

cấu trúc

DGIWG

Digital Geographic Information Working Group

Nhóm làm việc về thông tin

địa lý số

SST Sea surface temperature

FGDC Federal Geographical Data

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Vịnh Bắc Bộ là một trong những vịnh lớn ở Đông Nam Á và thế giới, vịnh

có diện tích khoảng 126.250 km2 (36.000 hải lý vuông), chiều ngang nơi rộng nhất khoảng 310 km (176 hải lý), nơi hẹp nhất ở cửa vịnh rộng khoảng 220 km (119 hải lý), là cửa ngõ giao lưu lớn và lâu đời của Việt Nam ra thế giới, trong đó có Trung Quốc, nó có tầm quan trọng đặc biệt đối với sự phát triển, thương mại quốc tế cũng như quốc phòng và bảo vệ an ninh, chủ quyền của nước ta Vịnh là nơi chứa tài nguyên thiên nhiên, đặc biệt là hải sản và dầu khí Về hải sản, đại bộ phận các ngư trường chính là nằm gần bờ biển Việt Nam và Tây Nam đảo Bạch Long Vĩ, Vịnh Bắc Bộ là một trong những ngư trường và nguồn cung cấp hải sản quan trọng cho hai nước Việt Nam và Trung Quốc Khu vực giữa và cửa vịnh có bồn trũng sông Hồng có khả năng chứa dầu khí

Hoạt động điều tra, khảo sát và nghiên cứu biển ở vịnh Bắc Bộ đã được tiến hành từ những năm 20 của thế kỷ XX Ngay từ những năm 1922 tàu Nghiên cứu biển De Lanessan và một số tàu của Hải quân Pháp đã tiến hành điều tra khảo sát vịnh Bắc Bộ với các mặt cắt định kỳ để thu thập các yếu tố khí tượng, thủy văn, địa chất, sinh vật nổi và sinh vật đáy của vịnh Trải qua nhiều giai đoạn gắn liền với lịch

sử phát triển đất nước, công cuộc điều tra nghiên cứu biển ở vịnh Bắc Bộ liên tục được thực hiện và phát triển với quy mô ngày càng được mở rộng, trình độ ngày càng được nâng cao

Tuy nhiên tài liệu điều tra về điều kiện tự nhiên, tài nguyên và môi trường Vịnh Bắc Bộ còn thiếu tính liên tục và đa ngành, chủ yếu phục vụ riêng cho nhiệm

vụ mỗi ngành Các nghiên cứu tổng hợp và đánh giá sự biến động tài nguyên môi trường của biển Vịnh Bắc Bộ chưa được tiến hành một cách đồng bộ Chính vì vậy, yêu cầu cần phải có sẵn một hệ thống cơ sở dữ liệu để tập hợp các tài liệu, số

liệu điều tra khảo sát hoàn chỉnh và đầy đủ nhất về các điều kiện tự nhiên tài nguyên và môi trường nói chung và hải văn nói riêng tại vịnh Bắc Bộ

Xuất phát từ thực tế đó, học viên chọn đề tài: “ Xây dựng cơ sở dữ liệu và thành lập bản đồ đặc điểm hải văn khu vực Vịnh Bắc Bộ”

2 Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu đặt ra của đề tài là xác lập cơ sở khoa học và và phương pháp luận xây dựng CSDL phục vụ nghiên cứu dữ liệu hải văn khu vực Vịnh Bắc Bộ

Bước đầu xây dựng mô hình CSDL Gis về đặc điểm hải văn khu vực Vịnh Bắc Bộ phù hợp với chuẩn CSDL quốc gia

3 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về cơ sở dữ liệu và cấu trúc cơ sở dữ liệu

- Thu thập và đánh giá các nguồn số liệu điều tra cơ bản, điều tra khảo sát khu vực vịnh Bắc bộ về đặc điểm hải văn

- Xây dựng cơ sở dữ liệu về đặc điểm hải văn khu vực vịnh Bắc Bộ

- Thành lập bản đồ số về nhiệt độ nước biển, độ mặn nước biển, sóng biển và mực nước biển khu vực thử nghiệm

- Ứng dụng phần mềm ArcGIS trong quản lý khai thác sử dụng

4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là các yếu tố hải văn vùng biển Vịnh Bắc Bộ

Phạm vi không gian

Khu vực được chọn trong luận văn là vùng biển Vịnh Bắc Bộ có giới hạn địa

lý trong phạm vi từ 16.50 đến 220 độ vĩ Bắc và từ 1050 đến 1100 độ kinh Đông

Phạm vi thời gian

Các số liệu và khả năng công nghệ sử dụng trong luận văn được thu thập và tổng hợp từ quá khứ đến thời điểm thực hiện luận văn năm 2013

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp tổng quan tài liệu: thu thập tài liệu, tìm hiểu và tổng hợp đánh giá chung về tình hình nghiên cứu, xây dựng CSDL phục vụ nghiên cứu môi trường biển trên thế giới và ở Việt Nam

- Phương pháp thu thập số liệu: với phương pháp này có thể kế thừa được các kết quả nghiên cứu trước đó

- Phương pháp điều tra thực địa

- Phương pháp phân tích hệ thống: Xử lý hệ thống hóa các thông tin về khu vực nghiên cứu phục vụ cho quá trình xây dựng CSDL

- Phương pháp đánh giá tổng hợp

- Phương pháp GIS

6 Tài liệu sử dụng

- Thông tin dữ liệu từ các trạm quan trắc hải văn ven bờ, cửa sông, đảo, số

liệu khảo sát của tầu nghiên cứu biển

- Số liệu quan trắc từ các trạm phao, ObsShips hoạt động trên Biển Đông, số liệu khảo sát khí tượng thủy văn và môi trường biển hợp tác quốc tế Việt - Xô về Biển Đông và thềm lục địa Việt Nam

- Số liệu sóng và dòng chảy của trạm Radar biển

- Tài liệu từ các đề tài cấp Nhà nước, đề tài cấp Bộ, đề tài Nghị định thư về điều tra khảo sát phục vụ khai thác dầu khí, vùng DKI, Trường Sa

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học:

Góp phần làm sáng tỏ khả năng ứng dụng GIS nói chung và ArcGis nói riêng trong công tác quản lý dữ liệu hải văn Vịnh Bắc Bộ

- Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu của đề tài là tài liệu tham khảo có giá trị cho công tác quản lý môi trường biển nói chung và dữ liệu hải văn vịnh Bắc Bộ nói riêng

8 Bố cục của luận văn

Bố cục của luận văn gồm: phần mở đầu, 3 chương, phần kết luận, kiến nghị

và tài liệu tham khảo

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ CHUẨN CƠ SỞ DỮ LIỆU

1.1 Hệ thông tin địa lý (GIS)

1.1.1 Khái niệm

GIS - chữ viết tắt của “Geographical Information System” hay còn gọi là hệ thông tin địa lý ra đời vào đầu những năm 1960, trên cơ sở kế thừa những kiến thức của ngành bản đồ học, công cụ tính toán tự động của tin học và các thông tin không gian cập nhật từ lĩnh vực viễn thám Các chức năng và công cụ tính toán trong GIS ngày càng hoàn thiện, do đó khả năng ứng dụng của GIS rất đa dạng

a) Định nghĩa

Hệ thông tin địa lý (GIS) là một tổ chức tổng thể của bốn hợp phần: phần cứng máy tính, phần mềm, tư liệu địa lý và người điều hành được thiết kế hoạt động một cách có hiệu quả nhằm tiếp nhận, lưu trữ, điều khiển, phân tích và hiển thị toàn bộ các dạng dữ liệu địa lý Hệ thông tin địa lý có mục tiêu đầu tiên là xử lý hệ thống dữ liệu trong môi trường không gian địa lý (Theo Viện nghiên cứu môi trường Mỹ

1994 - ESRI )

Hoặc một định nghĩa khác mang tính giải thích

GIS - Hệ thông tin địa lý: là một hệ thống bao gồm 4 thành phần:

- Máy tính và các thiết bị ngoại vi có khả năng thực hiện các chức năng vào ra và xử lý thông tin của phần mềm

- Một cơ sở dữ liệu chứa các thông tin không gian ( thông tin địa lý) và các thông tin thuộc tính, được tổ chức theo một ý đồ chuyên ngành nhất định

- Một phần mềm có tối thiểu 4 nhóm chức năng:

+ Nhập thông tin không gian và thông tin thuộc tính từ các nguồn khác nhau

+ Lưu trữ, điều chỉnh, cập nhật và tổ chức các thông tin không gian và thông tin thuộc tính

+ Phân tích , biến đổi thông tin trong cơ sở dữ liệu nhằm giải quyết các bài toán tối ưu và mô hình mô phỏng không gian – thời gian

+ Hiển thị và trình bày thông tin dưới các dạng khác nhau, với các biện pháp khác nhau

- Các kiến thức chuyên gia, chuyên ngành

* Phần cứng

Phần cứng bao gồm các phần chính là bộ xử lý trung tâm (CPU- Central Unit Professor), các thiết bị đầu vào như bàn số hóa, máy quét các thiết bị thu nhận thông tin điện tử và các thiết bị lưu trữ, hiển thị như thiết bị ghi ngoài, màn hình, máy vẽ,…Các thiết bị này có thể được nối với nhau thông qua thiết bị truyền tin hay mạng cục bộ

Máy tính hoặc bộ xử lý trung tâm được nối với thiết bị chứa ổ đĩa, cung cấp không gian để lưu trữ số liệu và các chương trình Máy số hoá (digitizer) hoặc thiết

bị chuyên dụng khác có nhiệm vụ chuyển hoá các số liệu từ bản đồ và các tư liệu thành dạng số rồi đưa vào máy tính Máy vẽ (Plotter) hoặc các kiểu thiết bị biểu hiện khác được sử dụng để xuất dữ liệu ở dạng số trên màn hình hoặc trên nền vật liệu in Sự liên hệ bên trong của máy tính cũng có thể thực hiện thông qua một hệ thống mạng với các đường dẫn dữ liệu đặc biệt Người sử dụng máy tính và các thiết bị ngoại vi khác (như máy in, máy vẽ, máy số hoá và các thiết bị khác nối với máy tính) thông qua một thiết bị hiển thị hình ảnh (VDU - Video Display Unit) để cho phép các sản phẩm đầu ra được hiển thị nhanh chóng

* Phần mềm

Là tập hợp các câu lệnh, chỉ thị nhằm điều khiển phần cứng của máy tính thực hiện một nhiệm vụ xác định, phần mềm hệ thống thông tin địa lý có thể là một hoặc tổ hợp các phần mềm máy tính Phần mềm được sử dụng trong kỹ thuật GIS phải bao gồm các tính năng cơ bản sau:

- Nhập và kiểm tra dữ liệu: Bao gồm tất cả các khía cạnh về biến đổi dữ liệu

đã ở dạng bản đồ, trong lĩnh vực quan sát vào một dạng số tương thích Đây là giai đoạn rất quan trọng cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý

- Lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu: Lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu đề cập đến phương pháp kết nối thông tin vị trí và thông tin thuộc tính của các đối tượng địa lý (điểm, đường đại diện cho các đối tượng trên bề mặt trái đất) Hai thông tin

này được tổ chức và liên hệ qua các thao tác trên máy tính sao cho chúng có thể lĩnh hội được bởi người sử dụng hệ thống

- Xuất dữ liệu: Dữ liệu đưa ra là các báo cáo kết quả quá trình phân tích tới người sử dụng, có thể bao gồm các dạng: bản đồ, bảng biểu, biểu đồ, lưu đồ được thể hiện trên máy tính, máy in, máy vẽ

- Biến đổi dữ liệu: Biến đổi dữ liệu gồm hai lớp điều hành nhằm mục đích khắc phục lỗi từ dữ liệu và cập nhật chúng Biến đổi dữ liệu có thể được thực hiện trên dữ liệu không gian và thông tin thuộc tính một cách tách biệt hoặc tổng hợp cả hai

- Tương tác với người dùng: Giao tiếp với người dùng là yếu tố quan trọng nhất của bất kỳ hệ thống thông tin nào Các giao diện người dùng ở một hệ thống tin được thiết kế phụ thuộc vào mục đích của ứng dụng đó

Các phần mềm tiêu chuẩn và sử dụng phổ biến hiện nay trong khu vực Châu

Á là ARC/INFO, MAPINFO, ILWIS, WINGIS, SPANS, IDRISIW, Hiện nay có rất nhiều phần mềm máy tính chuyên biệt cho GIS, bao gồm các phần mềm như sau:

- Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý số liệu thông tin địa lý: ACR/INFO, SPAN, ERDAS-Imagine, ILWIS, MGE/MICROSTATION, IDRISIW, IDRISI, WINGIS,

- Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý và quản lý các thông tin địa lý: MAPPER, ATLASGIS, ARCVIEW, MAPINFO,

ER-Tùy theo yêu cầu và khả năng ứng dụng trong công việc cũng như khả năng kinh phí của đơn vị, việc lưu chọn một phần mềm máy tính sẽ khác nhau

* Dữ liệu

Có thể coi dữ liệu là thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS Các dữ liệu địa lý và dự liệu thuộc tính liên quan có thể được người sử dụng tự tập hợp hoặc được mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu không gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng một hệ quản trị CSDL (DBMS - Database Management System) để tổ chức lưu giữ và quản lý dữ liệu Tuy nhiên, các dữ liệu này phải có đủ độ tin cậy và phải luôn được cập nhật Như vậy, dữ liệu trong hệ thống sẽ là dữ liệu đa thời gian

* Con người

Vì GIS là một hệ thống tổng hợp của nhiều cụng việc kỹ thuật, do đó đòi hỏi người điều hành phải được đào tạo và có kinh nghiệm trong nhiều lĩnh vực Người điều hành là một phần không thể thiếu được của GIS Hơn nữa sự phát triển không ngừng của các kỹ thuật phần cứng và phần mềm đòi hỏi người điều hành phải luôn được đào tạo Những yêu cầu cơ bản về người điều hành bao gồm các vấn đề như:

có những kiến thức cơ bản về địa lý, bản đồ, máy tính và công nghệ thông tin, có kinh nghiệm trong việc sử dụng các phần mềm GIS, có hiểu biết về các loại dữ liệu,

có khả năng phân tích

1.1.2 Chức năng cơ bản của GIS

Nhập và biến đổi dữ liệu địa lý:

Đây là quá trình chuyển đổi dạng dữ liệu từ dạng bản đồ giấy, từ tài liệu, văn bản khác nhau thành dạng số để có thể sử dụng được trong GIS

Sau khi nhập số liệu và bản đồ vào máy tính, khâu tiền xử lý cho phép hoàn thiện dữ liệu – bản đồ trên máy với các nội dung như:

- Gắn thuộc tính cho các đối tượng bản đồ: Liên kết các dữ liệu không gian

và dữ liệu thuộc tính

- Xây dựng cấu trúc topo (quan hệ không gian)

- Biên tập các lớp thông tin và trình bày bản đồ

- Chuyển đổi hệ chiếu (hệ tọa độ)

- Chuyển đổi khuôn dạng, cấu trúc dữ liệu bản đồ

Quản lý dữ liệu:

Trong GIS, dữ liệu được sắp xếp theo các lớp (layer), theo chủ đề, theo không gian (khu vực), theo thời gian (năm tháng) và theo tầng cao và được lưu trữ ở các thư mục một cách hệ thống

Chức năng quản lý dữ liệu của GIS được thể hiện qua các nội dung sau:

- Lưu trữ dữ liệu trong CSDL GIS

- Khôi phục dữ liệu từ CSDL

- Tổ chức dữ liệu theo những dạng cấu trúc dữ liệu thích hợp

- Thực hiện các chức năng lưu trữ và khôi phục trong các thiết bị lưu trữ

- Truy nhập và cập nhật dữ liệu,

- GIS có thể tìm kiếm đối tượng thỏa mãn những điều kiện cho trước một cách dễ dàng và chính xác

Xử lý và phân tích dữ liệu:

GIS cho phép xử lý trên máy tính hàng loạt các phép phân tích bản đồ và số liệu một cách nhanh chóng chính xác, phục vụ các yêu cầu xây dựng bản đồ và phân tích quy hoạch lãnh thổ

GIS có thể thực hiện các phép biến đổi bản đồ cơ bản, chồng xếp bản đồ, xử lý

dữ liệu không gian theo các mô hình

Xuất và trình bày dữ liệu:

Đây cũng là một chức năng bắt buộc phải có của một hệ thông tin địa lý Không gian dưới dạng tài liệu nguyên thủy hay tài liệu được xử lý cần được hiển thị dưới các khuôn dạng như: chữ và số (text), dạng bảng biểu (tabular) hoặc dạng bản đồ Các tính toán chung và kết quả phân tích được lưu giữ ở dạng chữ và số để dễ dàng

in ra hoặc trao đổi giữa các phần mềm khác nhau Các dữ liệu thuộc tính có thể được lưu ở dạng bảng biểu hoặc các dạng cố định khác Bản đồ được thiết kế để hiển thị trên màn hình hoặc lưu dưới dạng điểm (plot file) để in Như vậy, hiển thị

và in ra là những chức năng rất cần thiết của một hệ thông tin địa lý

1.1.3 Cơ sở dữ liệu (CSDL) trong GIS

Là tập hợp dữ liệu liên quan đến nhau được lưu trữ dưới dạng số Phần lớn các thông tin trong cơ sở dữ liệu của GIS là những số liệu thay đổi theo thời gian

và có những mối quan hệ phức tạp Chúng bao gồm các dữ liệu không gian địa lý, các dữ liệu thuộc tính và mối quan hệ giữa hai loại dữ liệu này Nói cách khác đó là những mô tả dưới dạng số của các hình ảnh không gian, mối quan hệ logic giữa các hình ảnh đó, những số liệu thể hiện các đặc tính của hình ảnh và các thông tin về các hiện tượng xảy ra tại các vị trí địa lý xác định

CSDL trong GIS có nhiệm vụ quản lý các dữ liệu không gian; trong đó dữ liệu được ghi nhớ trong nhiều tệp tin và được quản lý theo một cấu trúc nhất định Có ba

dạng cấu trúc cơ bản của CSDL trong GIS là: 1- Cấu trúc kiểu cành cây; 2- Cấu trúc kiểu mạng liên kết; 3- Cấu trúc quan hệ

1.1.4 Các kiểu dữ liệu

Có hai dạng cấu trúc dữ liệu cơ bản trong GIS Đó là dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính Dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính được lưu trữ trong cùng một CSDL và có quan hệ chặt chẽ với nhau

* Dữ liệu thuộc tính

Dữ liệu thuộc tính dùng để mô tả đặc điểm của đối tượng Dữ liệu thuộc tính

có thể là định tính - mô tả chất lượng (qualitative) hay là định lượng (quantitative)

Về nguyên tắc, số lượng các thuộc tính của một đối tượng là không có giới hạn Thông thường chúng được lưu giữ ở dạng số, chữ hoặc bảng biểu trong hệ thống thông tin địa lý Chúng liên quan đến vị trí địa lý hoặc các đối tượng không gian và liên kết chặt chẽ với chúng trong hệ thống thông tin địa lý thông qua một cơ chế thống nhất chung Để quản lý dữ liệu thuộc tính của các đối tượng địa lý trong CSDL, người ta đã sử dụng phương pháp gán các giá trị thuộc tính cho các đối tượng thông qua các bảng số liệu Mỗi bản ghi (record) đặc trưng cho một đối tượng địa lý, mỗi cột của bảng tương ứng với một kiểu thuộc tính của đối tượng đó

* Dữ liệu không gian

Cấu trúc hình dạng của thực thể được mô hình hóa trên máy tính theo một trong hai cách: Raster hoặc vector

+ Cấu trúc raster:

Raster được hiểu là ô hình vuông có kích thước nhất định gọi là cell hoặc pixell (picture element), cấu trúc raster là cấu trúc hình ảnh Mỗi ô vuông có chứa thông tin về một đối tượng hay một sự hợp phần của đối tượng Vị trí của đối tượng được xác định bởi vị trí của các ô vuông theo trật tự hàng và cột Nếu vị trí của mỗi một

ô ảnh pixel được tham chiếu với vị trí địa lý thật của nó trong một hệ tọa độ

Cartesian trên Trái đất Cấu trúc dữ liệu Raster đơn giản nhất là cấu trúc dạng bảng,

ở đó có chứa các thông tin về toạ độ và thuộc tính phi không gian Thông tin về vị trí được thể hiện ở toạ độ theo hàng và cột, tính theo trật tự sắp xếp của dữ liệu Trường hợp có nhiều tính chất thì có thể gọi là thông tin nhiều chiều Bảng thuộc tính hai chiều của đối tượng được gọi là bảng một chiều hay còn gọi là bảng thuộc tính raster mở rộng (Expanded Raster Table) Cấu trúc Raster đầy đủ là cấu trúc có đầy đủ số lượng các pixel sắp xếp theo những vị trí xác định

Cấu trúc raster rất tiện lợi cho việc áp dụng các chức năng xử lý không gian dựa trên nguyên tắc chồng xếp thông tin nhiều lớp Các đặc điểm không gian là có thông tin về địa lý, nghĩa là chúng có thể được trình bày trên bất cứ một bản đồ nào của một hệ toạ độ đã biết Cấu trúc Raster yêu cầu mỗi một đặc điểm phải được trình bày thành dạng đơn vị hình ảnh Trong trường hợp này một bản đồ được phân chia thành nhiều pixel, mỗi pixel có vị trí theo hàng và cột Một điểm nhỏ nhất được trình bày bởi một pixel đơn lẻ và nó chiếm một diện tích bằng kích thước của một pixel

Ưu điểm của cấu trúc dữ liệu dạng raster là dễ thực hiện các chức năng xử lý

và phân tích Tốc độ tính toán nhanh, thực hiện các phép toán bản đồ dễ dàng Dễ dàng liên kết với dữ liệu viễn thám Cấu trúc raster có nhược điểm là chiếm nhiều đĩa cứng, thể hiện thô trên bản đồ, chuyển hệ tọa khó khăn và kém chính xác về vị trí không gian của đối tượng Khi độ phân giải càng thấp (kích thước pixel lớn) thì

sự sai lệch này càng tăng

Hình 1.2 Cấu trúc raster

+ Cấu trúc vector

Cấu trúc vector mô tả vị trí và phạm vi của các đối tượng không gian bằng tọa độ cùng các kết hợp hình học gồm nút, cạnh, mặt và quan hệ giữa chúng Về mặt hình học, các đối tượng được phân biệt thành 3 dạng : đối tượng dạng điểm, đối tượng dạng đường và đối tượng dạng vùng Điểm được xác định bằng một cặp tọa

độ (X,Y) Đường là một chuỗi các cặp tọa độ (X,Y) liên tục Vùng là khoảng không gian được giới hạn bởi một tập hợp các cặp tọa độ X,Y trong đó điểm đầu và điểm cuối trùng nhau Với đối tượng vùng, cấu trúc vector phản ảnh đường bao

Hình 1.3 Cấu trúc vector

Cấu trúc vector có ưu điểm là vị trí của các đối tượng được định vị chính xác (nhất là các đối tượng điểm, đường và đường bao); Cấu trúc này giúp cho người sử dụng dễ dàng biên tập bản đồ, chỉnh sửa, in ấn Tuy nhiên cấu trúc này có nhược điểm là cấu trúc phức tạp, khó thực hiện các phép chồng xếp bản đồ và khó mô phỏng vì mỗi đối tượng có một topology khác nhau Có thể chuyển đổi dữ liệu từ cấu trúc raster sang vector và ngược lại thông qua các chức năng của các phần mềm

hệ thông tin địa lý

Hình 1.4 Chuyển dữ liệu từ vector sang raster

Hình 1.5 Chuyển dữ liệu từ raster sang vector Tóm lại, nếu so sánh thì độ chính xác của dữ liệu vector cao hơn raster, tuy nhiên khái niệm độ chính xác của các đối tượng trong HTTĐL vẫn chỉ là tương đối Trong quá trình xử lý theo mô hình không gian thì sự phối hợp giữa hai dạng tư liệu

là điều cần thiết Thông thường, các mô hình xử lý tư liệu thường là không gian hai chiều hoặc ba chiều Trong tương lai, để theo dõi diễn biến của các đối tượng thì

phải xử lý theo đa thời gian và dự báo – đó là khái niệm về chiều không gian thứ tư của mô hình xử lý HTTĐL

1.1.5 Các kiểu đối tƣợng không gian

* Điểm

Điểm là đối tượng có kích thước bằng 0 về mặt hình học Do đó các đối tượng điểm chỉ dùng để xác định vị trí Trong cấu trúc dữ liệu vector, mỗi điểm được thể hiện bằng một cặp toạ độ (x,y) trong một hệ trục toạ độ xác định Còn trong cấu trúc dữ liệu raster, mỗi điểm là một pixel Điểm không có ý nghĩa trong việc đo về kích thước Mặc dù trên bản đồ, các điểm được biểu thị bằng kích thước khác nhau nhưng diện tích của các điểm là không có ý nghĩa thực tế Một số khái niệm về "điểm" như sau:

Điểm thực tế (entity point): dùng để xác định vị trí của các đối tượng dạng điểm như: các toà nhà, các cột Trường hợp đó, xác định chính xác vị trí của các điểm là điều rất quan trọng

Điểm chỉ tên (label point) được sử dụng để hiển thị một tập hợp chữ viết cho các đối tượng bản đồ Đối với những điểm nào thì độ chính xác của vị trí phụ thuộc vào quan niệm bản đồ học Nghĩa là vị trí các điểm chỉ tên cho các đối tượng trên bản đồ được xác định sao cho không có sự lẫn lộn với nhau

Điểm có diện tích (area point) dùng để xác định một vị trí có thông tin về diện tích Ví dụ có thể dùng điểm để thể hiện vị trí một quốc gia và độ lớn của điểm chứa đựng thông tin về đất nước đó

Điểm giao nhau (node) thể hiện vị trí một diện với các dấu hiệu về hình học, ví dụ: nơi giao nhau hoặc điểm cuối của các yếu tố đường

* Đường

Đường là các yếu tố có một kích thước và thể hiện cả vị trí và hướng Độ dài

là dấu hiệu đo đạc về kích thước của đối tượng đường Điểm xuất phát và điểm kết thúc của đường gọi là nút (node) Ở dạng vector, đường đơn giản nhất là đường nối

giữa hai điểm bất kỳ có tọa độ (xi,, yI) và (xj, yj ) Còn ở dạng raster đường là tập hợp của các pixel

Hình 1.6 Sự khác biệt giữa cấu trúc dữ liệu raster và vector trong việc thể hiện các

đối tượng không gian dạng đường Mặc dù các yếu tố đường thường có không gian hai kích thước trên bản đồ nhưng độ rộng của đường là không được xem xét đến trong tính toán hướng của bản

đồ

 Đường (line): là các đối tượng có một kích thước

 Đoạn thẳng (line segment): là đường nối trực tiếp giữa hai điểm

 Đường gấp khúc: là các đọan thẳng nối liên tục, có thể khác hướng song không có điểm nối hoặc có thể điểm nối ở một phía (phải hoặc trái) Đường gấp khúc có thể cắt qua chính nó hoặc cắt các đường khác

 Cung (arc) là một đoạn tập hợp các điểm tạo nên một dạng đường cong mà đường cong đó được xác định bằng một hàm toán

 Đoạn nối (link) là đối tượng có một kích thước nối giữa hai nút Đoạn nối cũng được hiểu là đường gờ (edges) hay đường viền

 Đoạn nối trực tiếp : là đoạn nối giữa hai nút với một hướng nhất định

 Dây xích (chain): là sự nối liên tục của các đoạn thẳng không cắt nhau hoặc giữa các cung với các nút ở cuối mỗi cung Các nút có thể nằm ở bên phải hay bên trái là không bắt buộc

* Vùng

Vùng là khái niệm phức tạp nhất trong 3 loại yếu tố không gian của cấu trúc

vector Vùng được hiểu là một diện tích giới hạn bởi một đường khép kín và phần bên trong đó có những tính chất cụ thể

Ở dạng vector vùng là khoảng không gian được giới hạn bởi một tập hợp các cặp tọa độ (X,Y) trong đó điểm đầu và điểm cuối trùng nhau Với đối tượng vùng, cấu trúc vector phản ảnh đường bao

Nói chung không có sự khác biệt giữa việc lưu trữ số liệu định vị của yếu tố đường và số liệu định vị của yếu tố vùng, cả hai đều lưu trữ dưới dạng tập hợp các điểm của một đường Nhưng có thể nhận biết rõ ràng nếu chỉ ra số liệu định vị kèm theo kiểu yếu tố được biểu thị (điểm, đường, vùng) Ngoài ra cũng có khả năng ngầm hiểu ví dụ như rừng thường là yếu tố vùng, đường sắt là yếu tố đường Đường bao của một vùng khép kín (tức là điểm đầu và điểm cuối trùng nhau) Ngược lại một đường khép kín không phải trong trường hợp nào cũng phản ánh một vùng (ví dụ, đường bình độ không là yếu tố vùng)

Hình 1.7 Minh hoạ đối tượng vùng ở dạng Raster và Vector

1.2 Chuẩn CSDL quốc gia trong GIS

1.2.1 Khái niệm chuẩn CSDL

Trong công nghệ hệ thống thông tin địa lý (HTTTĐL), người sử dụng đồng thời là người sản xuất và cung cấp thông tin Do đó khối lượng dữ liệu tăng nhanh ngay cả ở trong từng đơn vị hoặc tổ chức Việc chia sẻ dữ liệu đó ngay cả trong cùng một đơn vị hoặc giữa các đơn vị với nhau là điều vô cùng cần thiết

Thông tin địa lý ngày càng chiếm vai trò quan trọng trong tất cả các hoạt động của con người trên trái đất Thu thập dữ liệu và sử dụng dữ liệu luôn chiếm phần lớn thời gian cũng như chi phí cho các dự án áp dụng HTTTĐL Do đó vấn đề chuẩn hoá - như là một biện pháp – thúc đẩy việc trao đổi dữ liệu này đã được các

tổ chức quốc tế, các quốc gia và vùng phát triển xây dựng từ rất lâu Ví dụ tổ chức chuẩn hoá thông tin địa lý Mỹ (FGDC) xây dựng năm 1994, uỷ ban TC211 của ISO năm 1994, v.v

Cơ sở dữ liệu trong HTTTĐL rất đồ sộ, phong phú, đa dạng cả về chủng loại

và khuôn dạng, đến mức không một cơ quan chuyên ngành nào có thể đơn phương thu thập, xử lý một cách đầy đủ, hoàn chỉnh trong thời gian ngắn Chuẩn hoá dữ liệu thông tin địa lý là xây dựng những quy định và cơ chế bảo đảm cho dữ liệu có thể cung cấp cho nhiều ứng dụng khác nhau, tương thích với nhiều hệ thống phần cứng, phần mềm khác nhau, là biện pháp để khai thác dữ liệu một cách hiệu quả nhất, được thế giới và nhiều quốc gia quan tâm để thực hiện việc chia sẻ sử dụng dữ liệu

ISO định nghĩa chuẩn như sau: "Các thoả thuận trên văn bản chứa các đặc

tả kỹ thuật hoặc các tiêu chí chính xác khác được sử dụng một cách thống nhất như các luật, các chỉ dẫn, hoặc các định nghĩa của các đặc trưng, để đảm bảo rằng các vật liệu, sản phẩm, quá trình, và dịch vụ phù hợp với mục đích của chúng”

1.2.2 Thực trạng xây dựng chuẩn CSDL GIS trên thế giới và trong nước

Hệ thống thông tin địa lý (HTTTĐL) ra đời từ những năm 60, cùng với sự phát triển nhanh mạnh của công nghiệp máy tính đã được thế giới biết đến như một công cụ đắc lực không thể thiếu để trợ giúp ra những quyết định đúng đắn trong

phát triển các chương trình và dự án xây dựng kinh tế xã hội Vấn đề chuẩn hoá dữ liệu như là một biện pháp thúc đẩy việc trao đổi dữ liệu đã được các tổ chức quốc

tế, các quốc gia và khu vực phát triển xây dựng từ rất lâu (Tổ chức chuẩn hoá thông tin địa lý Mỹ - FGDC xây dựng năm 1994, Tiểu ban TC211 của ISO năm 1994 v.v.)

Theo Dự án chuẩn hoá hệ thống thông tin địa lý cơ sở quốc gia, Bộ Tài

nguyên và Môi trường (2005), Hệ thống thông tin địa lý (HTTTĐL) ra đời từ những năm 60, cùng với sự phát triển nhanh mạnh của công nghiệp máy tính đã được thế giới biết đến như một công cụ đắc lực không thể thiếu để trợ giúp ra những quyết định đúng đắn trong phát triển các chương trình và dự án xây dựng kinh tế xã hội Vấn đề chuẩn hóa dữ liệu như là một biện pháp thúc đẩy việc trao đổi dữ liệu đó được các tổ chức quốc tế, các quốc gia và khu vực phát triển xây dựng từ rất lâu (Tổ chức chuẩn hóa thông tin địa lý Mỹ - FGDC xây dựng năm 1994, Tiểu ban TC211 của ISO năm 1994 v.v.)

Mỹ: Bản thân quốc gia này cũng đã có rất nhiều tổ chức chuẩn liên quan đến TTĐL, nhưng cao nhất là uỷ ban chuẩn quốc gia ANSI Đơn vị thực hiện triển khai đã áp dụng chuẩn như một cơ sở hạ tầng thông tin địa lý (CSHTTTĐL) là Uỷ ban dữ liệu địa lý quốc gia (FGDC – Federal Geographical Data Committee) Đây

là một đơn vị chịu trách nhiệm triển khai và áp dụng các chuẩn, tăng cường chia sẻ

dữ liệu giữa người sử dụng và người cung cấp Các dạng chuẩn mà FGDC áp dụng được ISO và các uỷ ban chuẩn của các quốc gia khác thừa kế và áp dụng Ví dụ chuẩn về xây dựng metadata

Australia: Đây là một quốc gia đã triển khai rất nhiều chuẩn về TTĐL trên

cơ sở các hướng dẫn về chuẩn của ISO và FGDC ANZLIC là tổ chức giữa Australia và Newzealand, triển khai thúc đẩy và phát triển các chuẩn Các chuẩn này bao gồm: Hệ quy chiếu, trao đổi dữ liệu, khuôn dạng cho các dữ liệu vector địa hình, địa chính, mô hình dữ liệu, chất lượng dữ liệu, metadata, v.v

DGIWG: Nhóm làm việc về thông tin địa lý số (Digital Geographic Information Working Group) có trách nhiệm xây dựng và phát triển các chuẩn hỗ trợ trao đổi thông tin địa lý số (Digital Geographic Information) trong các nước thuộc khối Bắc Đại tây dương (NATO) Sản phẩm chính của nhóm là bộ chuẩn DIGEST được phát triển và hoàn thiện liên tục từ những năm đầu thập kỷ 90 Tại thời điểm hiện nay, DGIWG đang hoạt động và phối hợp tích cực với ISO nhằm sửa đổi và phát triển DIGEST theo hướng kiến trúc của ISO

Thực trạng xây dựng CSDL GIS ở Việt Nam

Thông tin địa lý đã được áp dụng ở Việt Nam từ khá sớm (từ những năm 80 của thế kỷ trước) và phát triển mạnh mẽ cả về lý thuyết, công nghệ và tổ chức trong những thập niên gần đây Hệ thông tin địa lý đã được dùng trong nghiên cứu ở nhiều lĩnh vực khác nhau như địa lý, giao thông, địa chất, nông nghiệp, đô thị, nghiên cứu thực vật, môi trường,…Tuy nhiên hiện tại hầu như chưa có một hệ thống chuẩn cho thông tin địa lý theo đúng nghĩa của nó Các đơn vị, địa phương thường tự xây dựng lấy hệ thông tin địa lý phục vụ cho các mục đích riêng của mình từ nhiều nguồn tư liệu khác nhau, sử dụng nhiều phần mềm khác nhau Các hệ thông tin địa lý này thường có cấu trúc dữ liệu, phân loại đối tượng cũng như trình bày hiển thị khác nhau do vậy hầu như không thể trao đổi dữ liệu được với nhau

Trong lĩnh vực hệ thống thông tin địa lý, ở Việt Nam hiện nay chuẩn về hệ quy chiếu và toạ độ quốc gia là chuẩn đã được hoàn thiện một cách đầy đủ Hiện nay chuẩn Hệ quy chiếu và hệ toạ độ quốc gia VN-2000 đã được ban hành tạo nền tảng thống nhất về cơ sở quy chiếu cho dữ liệu đo đạc bản đồ nói chung và dữ liệu thông tin địa lý nói riêng Chuẩn này bao gồm các quy định về:

o Phạm vi áp dụng cho tất cả hệ thống toạ độ các cấp hạng, bản đồ địa hình, bản đồ nền, bản đồ địa chính, bản đồ hành chính quốc gia và các loại bản đồ chuyên dụng khác

o Các tham số của hệ quy chiếu: Ellipsoid WGS-84 toàn cầu, các kích thước, tốc độ góc quay, hằng số trọng trường, định vị và điểm gốc toạ

độ quốc gia

o Hệ thống toạ độ phẳng, lưới chiếu bản đồ qui định cho các tỷ lệ

o Bên cạnh đó hiện nay đã có một số các quy phạm, quy định kỹ thuật

về thành lập bản đồ hiện đang được áp dụng trong ngành được coi như là chuẩn của hệ thống bản đồ Một số các quy phạm, quy định kỹ thuật có liên quan đến việc chuẩn hóa hệ thống thông tin địa lý cơ sở quốc gia bao gồm:

- Quy định kỹ thuật số hoá bản đồ địa hình tỷ lệ 1/ 10.000, 1/ 25.000, 1/ 50.000, 1/ 100.000 ban hành năm 1999 Trong đó có đề cập đến quy định về các lớp, nội dung thông tin, ký hiệu áp dụng cho công việc số hoá bản đồ địa hình Quy định được thực hiện trên khuôn dạng phần mềm MicroStation

- Quy phạm thành lập bản đồ địa chính tỷ lệ 1/500, 1/1.000, 1/2.000, 1/5.000, 1/10.000 và 1/25.000 ban hành năm 1999 Trong đó có quy định các nội dung thông tin và phân lớp trong xây dựng và thành lập bản đồ địa chính

Một số thông tin khác có liên quan đến chuẩn hóa hệ thống thông tin địa lý bao gồm:

- Hệ thống địa danh sử dụng trong bản đồ

- Hồ sơ địa giới hành chính thực hiện theo Chỉ thị 364/CT-CP

- Chuẩn về cấu trúc dữ liệu TTĐL cho các ứng dụng bảo vệ môi trường (do

dự án PEMSEA giúp xây dựng)

Ngoài ra còn một số đề tài nghiên cứu khoa học đang triển khai Ví dụ đề tài nghiên cứu áp dụng chuẩn ISO trong quản lý chất lượng dữ liệu địa lý, đề tài chuẩn

hệ thống thông tin địa lý v.v

Như vậy, nếu nhìn nhận dưới khía cạnh thông tin địa lý thì có thể xem các công việc xây dựng chuẩn cần được bắt đầu từ đầu Các quy định về chuẩn bản đồ hiện có sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng dữ liệu HTTTĐL ban đầu cho các cơ sở dữ liệu chuẩn sau này Khi chuẩn thông tin địa lý được xác định thì những yêu cầu của nó sẽ tác động ngược trở lại quy định về thành lập bản đồ với mục tiêu sao cho dữ liệu đầu vào càng ngày càng thích hợp hơn với các ứng dụng của HTTTĐL

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP LUẬN XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM HẢI VĂN TRÊN BIỂN

2.1 Thực trạng và nhu cầu quản lý, khai thác thông tin đặc điểm hải văn trên biển

2.1.1 Thực trạng quản lý và khai thác thông tin

Biển có một vai trò đặc biệt quan trọng đối với sự nghiệp phát triển bền vững kinh tế-xã hội, bảo đảm an ninh, quốc phòng và toàn vẹn lãnh thổ của nước ta.Tiến ra biển là một xu thế tất yếu để tìm kiếm và đảm bảo các nhu cầu về nguyên liệu, năng lượng, thực phẩm và không gian sinh tồn trong tương lai của nước ta Để thực hiện tốt việc phục vụ các ngành kinh tế biển đáp ứng được nhu cầu khai thác tài nguyên, khoáng sản trên biển thì công tác điều tra cơ bản

về tài nguyên và môi trường biển nói chung và điều tra cơ bản về đặc điểm hải văn nói riêng cần phải tiến trước một bước làm cơ sở khoa học cho các quy hoạch,

kế hoạch phát triển kinh tế biển Điều tra cơ bản về đặc điểm hải văn sẽ cho phép nâng cao việc phục vụ dự báo các nguồn lợi biển phục vụ cho việc xây dựng các công trình trên biển, khai thác tổng hợp các nguồn tài nguyên thiên nhiên từ biển, phát triển bền vững kinh tế biển, đảm bảo an ninh quốc

phòng trên biển Theo Báo cáo Điều tra cơ bản về tài nguyên – môi trường biển – hiện trạng mạng lưới quan trắc và một số giải pháp nhằm tăng cường hiệu quả,

Trung tâm hải văn (2012)

Hiện trạng mạng lưới điều tra cơ bản về đặc điểm hải văn gồm có:

- Mạng lưới trạm cố định: Mạng lưới quan trắc khí tượng hải văn do Trung tâm Khí tượng Thuỷ văn Quốc gia quản lý bao gồm: 17 trạm cố định ven

bờ, hải đảo, trên giàn khoan Đo đạc và quan trắc các yếu tố: khí tượng biển, thủy văn biển (sóng, mực nước biển, nhiệt độ, độ mặn, sáng biển)

- Mạng lưới khảo sát ngoài khơi: Đối với mạng lưới khảo sát ngoài khơi bằng tàu Nghiên cứu biển thuộc Trung tâm Hải văn (Tổng cục Biển và Hải

đảo Việt Nam) trước đây được thực hiện 02 chuyến/năm cho mỗi khu vực (toàn vùng biển Việt Nam được phân chia thành 4 khu vực: Vịnh Bắc bộ; vùng biển Trung Trung bộ; vùng biển Nam Trung bộ và vùng biển Tây Nam và Vịnh Thái Lan)

- Các mạng lưới quan trắc khác:

Mạng lưới quan trắc môi trường biển thuộc Tổng cục Môi trường, bao gồm 5 khu vực thuộc vùng biển nước ta trong đó 3 vùng ven bờ, 2 vùng ngoài khơi và do các cơ quan khác nhau đảm nhận

Mạng lưới quan trắc biển và hệ thống giám sát tài nguyên của Trung tâm Viễn thám bao gồm 3 trạm quan trắc ven bờ (cho khu vực biển miền Bắc, miền Trung và miền Nam) và 2 trạm ngoài khơi Tuy nhiên, chu kỳ quan trắc vẫn còn rất thưa và chưa thể đáp ứng được nhu cầu cung cấp thông tin tài nguyên và môi trường biển của Việt Nam

Mạng lưới của Trung tâm Trắc địa bản đồ biển thuộc Tổng cục Biển

và Hải đảo Việt Nam

Mạng lưới quan trắc môi trường quốc gia Viện Khoa học & Công nghệ Việt Nam hiện đang quản lý, bao gồm: Trạm quan trắc và phân tích môi trường nước biển tại Đồ Sơn, Trạm Nghiên cứu tổng hợp đa nghành tài nguyên và môi trường Miền Trung Trạm này đảm trách việc giám sát môi trường biển Thời gian quan trắc gồm 2 hoặc 4 đợt trong năm

Mạng lưới quan trắc của các bộ, ngành khác và các địa phương: Nhiều

bộ, ngành, và các địa phương theo chức năng, nhiệm vụ của mình cũng có quan trắc một số yếu tố môi trường biển Tuy nhiên, hoạt động quan trắc chưa mang tính hệ thống Các bộ, ngành đó đã xây dựng được một số trạm quan trắc môi trường biển với trang bị quan trắc ban đầu và cũng đã thu được những

dữ liệu cơ bản phục vụ yêu cầu quản lý môi trường theo chức năng nhiệm

vụ của bộ, của ngành và địa phương mình

2.1.2 Nhu cầu quản lý và khai thác thông tin

và khai thác thông tin hải văn Bởi vì hiện tại các đơn vị tham gia thu thập

và quản lý dữ liệu điều tra cơ bản về tài nguyên và môi trường biển có sự phân tán trong quản lý Thực sự không có đơn vị nào là đầu mối chính trong việc quản lý tư liệu nêu trên đối với quy mô quốc gia cũng như trong phạm vi Bộ Tài nguyên và Môi trường Một đơn vị quản lý Nhà nước hoặc một tổ chức, cá nhân sẽ gặp nhiều khó khăn khi đi tìm kiếm các dữ liệu điều tra cơ bản về tài nguyên và môi trường biển nói chung và đặc điểm hải văn nói riêng Thêm vào

đó, cơ sở dữ liệu của ngành là rất đồ sộ, phong phú, do đó việc làm thế nào để khai thác một cách có hiệu quả là câu hỏi lớn cần giải quyết Do vậy, việc xây dựng một

hệ thống cơ sở dữ liệu GIS - chứa hệ thống bản đồ nền, chuyên đề về các đặc điểm hải văn và thông tin thuộc tính đi kèm, sẽ việc quản lý giám sát biển, phục vụ phát triển kinh tế biển, an ninh quốc phòng, trên hệ thố thiết

2.2 Đề xuất phương pháp luận tối ưu xây dựng CSDL phục vụ nghiên cứu các đặc điểm hải văn trên biển

2.2.1 Đề xuất phương pháp xây dựng CSDL

CSDL cần thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Chuẩn thuật ngữ

- Chuẩn về tham chiếu không gian

- Chuẩn về mô hình cấu trúc dữ liệu

- Chuẩn về phân loại đối tượng

- Chuẩn về thể hiện trình bày

- Chuẩn về Metadata

- Chuẩn mã hóa và trao đổi dữ liệu

2.2.2 Lựa chọn phần mềm ứng dụng

Xây dựng hệ thống GIS cần phải chọn phần mềm thích hợp Sự chọn lựa phần mềm nào phụ thuộc vào khả năng, nhu cầu và mục đích sử dụng của từng nơi Trong các công nghệ nền GIS thương mại hiện nay, đáng chú ý nhất là công nghệ của viện nghiên cứu môi trường ESRI cung cấp các giải pháp tương đối đồng bộ cho việc xây dựng một hệ thống GIS Điểm mạnh nhất của công nghệ GIS của ESRI là quản trị CSDL không gian đa người dùng trên mạng diện rộng, hỗ trợ giao dịch, truyền tải dữ liệu không gian trên mạng cho phần mềm khách Giải pháp mạng của ESRI được phát triển hoàn chỉnh và đồng bộ Tuy nhiên có một nhược điểm cơ bản khi áp dụng ở nước ta đó là giá thành chuyển giao khá cao

ESRI cung cấp cho nhà phát triển các giải pháp công nghệ sau đây để xây dựng một ứng dụng GIS hoàn chỉnh:

- ArcGIS: lưu trữ và quản trị dữ liệu không gian và thuộc tính, tích hợp vào các hệ quản trị CSDL quan hệ như Access, Foxpro,…

- MapObjects: hỗ trợ lập trình GIS theo công nghệ nhúng OLE (Object Linking and Embedding)trong môi trường Windows

* Cấu trúc bộ phần mềm ArcGIS

ArcGIS của hãng ESRI là một bộ tích hợp các sản phẩm phần mềm với mục tiêu xây dựng một hệ thông tin địa lý hoàn chỉnh ArcGIS có thể thực hiện các chức năng về GIS trên máy trạm, máy chủ, dịch vụ Web hay thiết bị di động Với các kỹ thuật này cho phép người dùng có được các công cụ quản lý một hệ thống GIS phức tạp ArcGIS bao gồm:

- Desktop GIS: ArcView, ArcEditor, ArcInfo và các phần mở rộng

- Server GIS: ArcGIS Server, ArcIMS, ArcSDE

- Embedded GIS: ArcGIS Engine

- Mobile GIS: ArcPad, ArcGIS Engine

* ArcGIS Desktop

ArcGIS Desktop là một module trong ArcGIS, bao gồm 3 sản phẩm: ArcView, ArcEditor, ArcInfo Mỗi sản phẩm cung cấp các chức năng về GIS và được phân cấp theo chức năng tăng dần, từ ArcView đến ArcInfo

ArcView là sản phẩm có giá thành thấp cũng là sản phầm cơ bản nhất với các tính năng đáp ứng việc tạo, quan sát, hiển thị và phân tích dữ liệu GIS hay việc tạo bản đồ, báo cáo ArcView được sử dụng phổ biến và rộng rãi và nó cung cấp cho người sử dụng các công cụ làm việc với thông tin địa lý, đặc biệt là việc quản trị và cập nhật dữ liệu trở nên dễ dàng hơn, phù hợp với nhu cầu người sử dụng

ArcEditor và ArcInfo cũng tương tự như Arcview, tuy nhiên ở mỗi gói sản phẩm thì cấp độ cũng như các công cụ phân tích nâng cao sẽ được bổ sung và tăng dần từ ArcEditor đến ArcInfo

ArcInfo là sản phẩm hoàn thiện nhất, trở thành sản phẩm chuẩn về GIS Về kiến trúc, ArcInfo gồm ba ứng dụng chính là ArcToolbox, ArcCatalog, ArcMap

ArcToolbox: là ứng dụng cung cấp các công cụ Gis dùng cho phân tích và xử

lý dữ liệu bản đồ như:

 Định nghĩa và chuyển hệ tọa độ

 Phân tích, xử lý bản đồ: chồng xếp, thực hiện các phép toán đại số về bản

đồ

 Chuyển đổi khuôn dạng dữ liệu

ArcCatalog: là ứng dụng cho phép người sử dụng tổ chức và quản lý tất cả các dạng dữ liệu địa lý trong CSDL (CSDL không gian hoặc dạng file shape, coverage) ArcCatalog cung cấp các công cụ để hiển thị, tra cứu, tìm kiếm thông

tin, ghi nhận và hiển thị thông tin metadata, định nghĩa lược đồ cấu trúc của các lớp thông tin địa lý

ArcMap: là ứng dụng thực hiện tất cả các nhiệm vụ về bản đồ bao gồm trình bày, hiển thị bản đồ, phân tích bản đồ và sửa chữa dữ liệu

2.2.3 Quy trình công nghệ xây dựng CSDL

Phần mềm ArcGIS đã thiết kế mô hình cơ sở dữ liệu GIS Geodatabase nhằm cung cấp các công cụ dùng để triển khai xây dựng và quản lý một hệ thông tin địa lý thông minh Quan điểm thiết kế các ứng dụng GIS sử dụng công nghệ ESRI là đưa toàn bộ các dữ liệu không gian (bao gồm cả dữ liệu đồ họa và thuộc tính, các quan hệ ) vào một cơ sở dữ liệu Geodatabase

Geodatabase là một cơ sở dữ liệu chứa dữ liệu thuộc tính, dữ liệu không gian

và quan hệ tồn tại giữa chúng Có thể nói Geodatabase còn là một cơ sở dữ liệu địa

lý hướng đối tượng và được quản lý thông qua một chuẩn Hệ quản trị cơ sở dữ liệu

Vì vậy, các thực thi trên đối tượng trong Geodatabase chính là các luật chuẩn hóa, liên kết và quan hệ topology

Hình 2.1 Cấu trúc của một GeoDatabase Tất cả các thành phần trong Geodatabase được quản lý trong các bảng DBMS chuẩn và sử dụng kiểu dữ liệu SQL chuẩn Các thành phần cơ bản trong Geodatabase bao gồm:

GeoDatabase

Feature Dataset Feature Dataset Feature Dataset

Feature Class Feature Class Feature Class Attribute Table Attribute Table Attribute Table

Bảng 2.1 Các cấu trúc của Geodatabase

Thành phần trong

Feature Dataset Là một tập chứa các feature class, các

topology và các đối tượng mạng liên kết có cùng tham chiếu không gian

Feature Class Là đơn vị chứa các đối tượng không gian của

bản đồ và tương đương với một lớp (layer) trong ArcMap Mỗi Feature Class chỉ chứa một dạng đối tượng (điểm, đường, vùng)

Table Là bảng lưu thông tin phụ trợ cho một lớp đối

tượng

Relationship class Thể hiện quan hệ giữa các lớp đối tượng và các

bảng

Topology Bao gồm các luật thống nhất về hình học giữa

các đối tượng địa lý Geometric network Bao gồm các luật cho phép quản lý kết nối

giữa các đối tượng địa lý Survey dataset Chứa các phép đo được sử dụng trong việc

tính toán tọa độ hình học đối tượng địa lý trong các lớp đối tượng địa lý được đo đạc Raster dataset

Geoprocessing tools

Là một tập luồng dữ liệu và luồng công việc quản lý, phân tích và mô hình hóa dữ liệu

QUY TRÌNH THỰC HIỆN XÂY DỰNG CSDL PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM

HẢI VĂN VỊNH BẮC BỘ

Số liệu và tài liệu bổ trợ

Phần mềm arcgis

DATABASE SERVER Feature dataset

Ranh giới quốc gia

Ranh giới tỉnh

Đường bờ biển Đường cơ sở Thủy văn Giao thông

Nhiệt độ nước biển

Độ mặn nước biển Sóng

Mực nước biển Ranh giới

Bản đồ nhiệt độ bề mặt nước biển Bản đồ độ mặn nước biển

Bản đồ sóng biển Bản đồ mực nước biển

Feature dataset

Feature Class

Đường đẳng sâu