Ngân hàng dữ liệu phục vụ cho việc nghiên cứu phòng chống lũ lụt ở đồng bằng sông Hồng, Thái Bình.PDF

Đề tài có ý nghĩa thực tiễn ở Việt Nam, trên cơ sở một ngân hàng dữ liệu thống nhất các số liệu địa hình, số liệu khí tượng thuỷ văn của vùng đồng bằng sông Hồng, Thái Bình.. Tạo nguồn s

mục lục

Lời cảm ơn iii

Lời cam đoan iv

Tóm tắt v

Danh mục các thuật ngữ viết tắt ix

Danh sách bảng biểu ix

Danh sách hình Vẽ x

Mở đầu 1

Chương 1: Tổng quan về số liệu vùng đồng bằng sông hồng, thái bình 5

1.1 Giới thiệu 5

1.2 Các loại số liệu 6

1.2.1 Số liệu thuỷ văn 7

1.2.2 Số liệu khí tượng 9

1.2.3 Số liệu địa hình sông 11

1.2.4 Bản đồ số 12

Chương 2: xử lý số liệu đầu vào cho các mô hình tính toán thuỷ lực, thuỷ văn 16

2.1 Mô hình thủy lực 16

2.1.1 Mạng sông 18

2.1.2 Ô ruộng (Ô chứa) 19

2.1.3 Khai toán mặt cắt 19

2.1.4 Tạo giá trị mực nước và lưu lượng làm điều kiện ban đầu 21

2.1.5 Vấn đề xác định hệ số nhám và chỉnh kết quả 22

2.2 Mô hình thủy văn 23

2.3 So sánh kết quả tính toán với số liệu thực đo 24

2.4 Tạo bản đồ ngập lụt 25

Chương 3: Công nghệ GIS trong việc mô tả bức tranh ngập lụt 27

3.1 Giới thiệu 27

3.2 Công nghệ GIS 28

3.3 Các khả năng của công nghệ GIS 29

3.4 Các thành phần cơ bản của công nghệ GIS 31

3.5 Đặc điểm chung các phần mềm công cụ GIS 33

3.6 Tình hình ứng dụng công nghệ GIS 42

3.7 Mục đích sử dụng GIS trong ngân hàng dữ liệu 43

Chương 4: xây dựng ngân hàng dữ liệu 44

4.1 Nắm bắt yêu cầu 44

4.1.1 Mô tả nghiệp vụ bài toán 44

4.1.2 Mô hình ca sử dụng nghiệp vụ 46

4.1.3 Các ca sử dụng nghiệp vụ 47

4.1.4 Mô tả chi tiết các gói ca sử dụng 47

4.1.5 Các thực thể nghiệp vụ 49

4.2 Phân tích 53

4.2.1 Phân tích từng ca sử dụng 53

4.2.2 Mô hình phân tích 92

4.3 Thiết kế 95

4.3.1 Gói ca sử dụng Quản lý số liệu KTTV 95

4.3.2 Gói ca sử dụng Quản lý số liệu địa hình sông 97

4.3.3 Gói ca sử dụng Quản lý số liệu bản đồ 99

4.3.4 Gói ca sử dụng Kết nối với các mô hình tính toán 100

Kết luận 102

Danh mục công trình của tác giả 104

Tài liệu tham khảo 105

Phụ lục 107

Phụ lục A: Thiết kế chương trình 107

A1 Ca sử dụng tạo bản đồ ngập lụt 107

A2 Ca sử dụng Khái toán mặt cắt sông 108

A3 So sánh kết quả tính toán của các mô hình tính toán với số liệu thực đo 109

Phụ lục B: Một số giao diện chính của chương trình 112

B1 Giao diện chính 112

B2 Bản đồ mặt cắt sông 113

B3 Truy vấn số liệu thủy văn 114

B4 Truy vấn số liệu mưa 114

B5 Số liệu thủy văn trung bình 115

B6 Truy vấn số liệu x,y mặt cắt 115

B7 Số liệu cao độ đê 116

B8 Tạo bản đồ ngập lụt 116

Danh mục các thuật ngữ viết tắt

Từ hoặc cụm từ Từ viết tắt Từ tiếng Anh

Hệ thống thông tin địa lý GIS Geographic Information System Ngôn ngữ mô hình hóa

thống nhất

UML Unified Model Language

Mô hình thủy lực 1 chiều TL1, 1D One Demention Model

Mô hình thủy lực 2 chiều TL2, 2D Two Demention Model

Mô hình số độ cao DEM Digital Evaluation Model

Danh sách hình Vẽ

Hình 1.1 Vị trí các trạm đo mực nước, lưu lượng nước 7

Hình 1.2 Dạng đường quá trình của số liệu thuỷ văn 9

Hình 1.3 Dạng biểu đồ cột của số liệu khí tượng 10

Hình 2.1 Mạng lưới sông ngòi và ô lưới tính toán 17

Hình 2.2 Chia mặt cắt thành các hình thang 19

Hình 2.3 Một đoạn file đầu vào chứa thông số các mặt cắt ngang 21

Hình 2.4 Đường quá trình mực nước tại trạm thuỷ văn Hà Nội của trận lũ tháng 8/1999 25

Hình 4.1 Sơ đồ tiến trình dự báo lũ lụt 45

Hình 4.2 Mô hình ca sử dụng nghiệp vụ 46

Hình 4.3 Mô hình miền nghiệp vụ 52

Hình 4.4 BĐTT hệ thống cập nhật trạm quan trắc 54

Hình 4.5 BĐLĐTTT ca sử dụng cập nhật trạm quan trắc 55

Hình 4.6 BĐTT ca sử dụng cập nhật trạm quan trắc 55

Hình 4.7 BĐTT hệ thống quản lý số liệu mưa 57

Hình 4.8 BĐLĐTTT ca sử dụng quản lý số liệu mưa 58

Hình 4.9 BĐTT ca sử dụng quản lý số liệu mưa 59

Hình 4.10 BĐTT hệ thống cập nhật sông 61

Hình 4.11 BĐLĐTTT ca sử dụng cập nhật sông 62

Hình 4.12 BĐTT ca sử dụng cập nhật sông 62

Hình 4.13 BĐTT hệ thống cập nhật mặt cắt sông 64

Hình 4.14 BĐLĐTTT ca sử dụng cập nhật mặt cắt sông 65

Hình 4.15 BĐTT ca sử dụng cập nhật mặt cắt sông 66

Hình 4.16 BĐTT hệ thống quản lý số x,y mặt cắt 68

Hình 4.17 BĐLĐTTT ca sử dụng quản lý số liệu x,y mặt cắt 69

Hình 4.18 BĐTT ca sử dụng quản lý số liệu x,y mặt cắt 70

Hình 4.19 BĐTT hệ thống quản lý số liệu cao độ đê 72

Hình 4.20 BĐLĐTTT ca sử dụng quản lý số liệu cao độ đê 73

Hình 4.21 BĐTT ca sử dụng quản lý số liệu cao độ đê 74

Hình 4.22 BĐTT hệ thống quản lý số liệu bản đồ 76

Hình 4.23 BĐLĐTTT ca sử dụng quản lý số liệu bản đồ 77

Hình 4.24 BĐTT ca sử dụng quản lý số liệu bản đồ 78

Hình 4.25 BĐTT hệ thống ca sử dụng Khái toán mặt cắt sông 80

Hình 4.26 BĐLĐTTT ca sử dụng Khái toán mặt cắt sông 81

Hình 4.27 BĐTT ca sử dụng Khái toán mặt cắt sông 81

Hình 4.28 BĐTT hệ thống ca sử dụng Tạo số liệu đầu vào cho mô hình thuỷ văn 83

Hình 4.29 BĐLĐTTT ca sử dụng Tạo số liệu đầu vào cho mô hình thuỷ văn84 Hình 4.30 BĐTT ca sử dụng Tạo số liệu đầu vào cho mô hình thuỷ văn 85

Hình 4.31 BĐTT hệ thống ca sử dụng So sánh số liệu tính toán với số liệu thực đo 87

Hình 4.32 BĐLĐTTT ca sử dụng So sánh số liệu tính toán với số liệu thực đo 88

Hình 4.33 BĐTT ca sử dụng So sánh số liệu tính toán với số liệu thực đo 88

Hình 4.34 BĐTT hệ thống ca sử dụng Tạo bản đồ ngập lụt 90

Hình 4.35 BĐLĐTTT ca sử dụng Tạo bản đồ ngập lụt 91

Hình 4.36 BĐTT ca sử dụng Tạo bản đồ ngập lụt 91

Hình 4.37 Mô hình phân tích gói ca sử dụng Quản lý số liệu KTTV 92

Hình 4.38 Mô hình phân tích gói ca sử dụng Quản lý số liệu địa hình sông 93 Hình 4.39 Mô hình phân tích gói ca sử dụng Quản lý số liệu bản đồ 93

Hình 4.40 Mô hình phân tích gói ca sử dụng Kết nối với các mô hình tính toán 94

Hình 4.41 Biểu đồ lớp ca sử dụng Quản lý số liệu mực nước 95

Hình 4.42 BĐTT thực thi ca sử dụng Quản lý số liệu mực nước 96

Hình 4.43 BĐTT thực thi ca sử dụng Cập nhật mặt cắt 98

Hình 4.44 Biểu đồ lớp ca sử dụng Cập nhật mặt cắt 98

Hình 4.45 BĐTT thực thi ca sử dụng Quản lý số liệu bản đồ 99

Hình 4.46 BĐTT thực thi ca sử dụng Tạo số liệu vào cho mô hình thủy văn 100

Hình 4.47 Biểu đồ lớp ca sử dụng Tạo số liệu vào cho mô hình thủy văn 101

Hình 4.48 Biểu đồ lớp ca sử dụng Quản lý số liệu bản đồ 101

Hình A1.1 BĐTT thực thi ca sử dụng Tạo bản đồ ngập lụt 107

Hình A1.2 Biểu đồ lớp ca sử dụng Tạo bản đồ ngập lụt 107

Hình A2.1 BĐTT thực thi ca sử dụng Khái toán mặt cắt sông 108

Hình A2.2 Biểu lớp ca sử dụng Khái toán mặt cắt sông 109

Hình A3.1 BĐTT thực thi ca sử dụng So sánh kết quả 110

Hình A3.2 Biểu đồ lớp ca sử dụng So sánh kết quả 111

Mở đầu

Công nghệ thông tin ngày càng thâm nhập vào tất cả các lĩnh vực của

đời sống x hội Một trong các lĩnh vực có tính thời sự được các nhà khoa học trong và ngoài nước đặc biệt quan tâm là Thủy tin học (Hydroinformatics) Thủy tin học là một lĩnh vực khoa học mới, liên ngành và đang phát triển trên thế giới Nội dung cơ bản của Thuỷ tin học là tích hợp các kiến thức về Cơ học chất lỏng, Thuỷ văn, Toán học, Công nghệ thông tin nhằm nghiên cứu các vấn

đề nước (lũ lụt, bảo vệ và khai thác hợp lý nguồn nước, chất lượng và công nghệ môi trường nước)

Hàng năm từ 15/6 đến 15/9 cư dân vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng

và sông Thái Bình luôn phải sống trong tình trạng bị uy hiếp bởi nạn lũ lụt Chỉ trong mấy thập kỷ qua chúng ta đ phải chứng kiến các trận lũ lớn trong các năm 1945, 1969, 1971, 1995 và 1996, gây thiệt hại lớn về người và tài sản [1]

Lưu vực sông Hồng, sông Thái Bình nằm trong vùng gió mùa Đông Nam á, chịu ảnh hưởng trực tiếp không khí nóng và ẩm của Thái Bình Dương

và ấn Độ Dương nên hàng năm thường xảy ra mưa lũ lớn trên các lưu vực sông, gây lũ lụt nghiêm trọng ở toàn vùng đồng bằng và trung du Bắc Bộ Chỉ trong vòng 50 năm qua đ có tới 4 trận lũ lớn có mực nước bằng và vượt mực nước thiết kế đê Hà Nội từ 0,7 đến 1,5 m Các trận lũ này đ gây vỡ đê nhiều nơi làm ngập hàng trăm ngàn ha đất tự nhiên và hàng triệu người bị ảnh hưởng, gây tổn thất hàng ngàn tỷ đồng

Do tác động biến đổi khí hậu toàn cầu, do nạn phá rừng và khai thác tài nguyên bừa bi trên toàn lưu vực, nên xu thế lũ lụt ngày càng gia tăng, trong những năm gần đây lũ xảy ra với quy mô lớn hơn và thường xuyên hơn so với những năm đầu thế kỷ

Các yếu tố bất lợi về thời tiết cũng gia tăng và có những đột biến, như trận lũ tháng 8/1996 do cơn bo số 4 gây nên là trận lụt lớn nhất trên sông Đà trong khoảng thời gian 100 năm gần đây [1]

Do ý nghĩa cực kỳ quan trọng đối với đời sống, kinh tế x hội, đặc biệt trong thời kỳ có nhiều biến động phức tạp của khí hậu toàn cầu; vấn đề nghiên cứu cơ sở khoa học cho việc đề xuất các giải pháp tổng thể dự báo, phòng tránh lũ - lụt luôn thu hút được sự quan tâm và đầu tư thích đáng của nhà nước, cũng như các nhà khoa học của các nước trên thế giới

Các thành tựu mới nhất của các ngành khoa học và công nghệ khác nhau đ nhanh chóng được đưa vào sử dụng trong việc nghiên cứu các cơ sở khoa học cho việc dự báo, phòng chống và giảm nhẹ thiên tai lũ - lụt Then chốt của việc xây dựng cơ sở khoa học cho công tác dự báo, phòng chống và giảm nhẹ thiên tai lũ - lụt là xây dựng được hệ thống các công cụ và công nghệ cho phép mô phỏng, dự báo các quá trình tự nhiên, hoặc các quá trình xảy ra do tác động của con người dẫn tới hình thành tình trạng lũ - lụt, cho phép đánh giá và lựa chọn các phương án phòng tránh và kiểm soát Hệ thống các công cụ và công nghệ này phải được kiểm định chặt chẽ qua các tài liệu lịch sử, cũng như qua các tiêu chuẩn được xây dựng và thống nhất

Hiện nay trên thế giới các nhà khoa học không phải chỉ quan tâm giải quyết các vấn đề khoa học làm cơ sở cho việc dự báo và đề xuất các phương

án kiểm soát lũ lụt tổng thể Ngày càng nhiều các chương trình, dự án, đề tài nghiên cứu các vấn đề khoa học - công nghệ phức tạp làm cơ sở khoa học cho việc xây dựng các kế hoạch hành động trong trường hợp xảy ra tình trạng lũ lụt khẩn cấp (ngập lụt do vỡ đập, vỡ đê, lũ quét, )

Trong nước, để chủ động phòng tránh và hạn chế tác hại của lũ lụt chính phủ chỉ thị cho Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn thực hiện chương trình “Phòng chống lũ đồng bằng sông Hồng, sông Thái Bình” Nhiều

đơn vị tham gia, nhiều nghiên cứu khoa học và công nghệ đ được triển khai nhằm tăng cường khả năng và nâng cao chất lượng công nghệ dự báo, cũng như các công cụ phục vụ cho việc đánh giá, đề xuất các biện pháp kiểm soát

lũ – lụt vùng Đồng bằng sông Hồng, Thái Bình

Việc số liệu không thống nhất giữa các đơn vị ảnh hưởng rất nhiều tới kết quả tính toán, so sánh giữa các mô hình của các đơn vị khác nhau Do đó trong đề tài này, chúng tôi nghiên cứu, xây dựng một ngân hàng dữ liệu thống nhất của vùng đồng bằng sông Hồng, Thái Bình với mục tiêu giúp cho các đơn

vị quan tâm đến phòng chống lụt bo có một ngân hàng dữ liệu hoàn chỉnh với những số liệu mới nhất về đồng bằng sông Hồng, Thái Bình Ngoài ra có thể chiết xuất dữ liệu dưới nhiều dạng khác nhau phục vụ cho mục đích so sánh với các số liệu tính toán từ các mô hình cũng như là nguồn số liệu đầu vào cho mô hình tính toán thuỷ lực và thuỷ văn

Để đạt được mục tiêu trên, khi thực hiện đề tài, chúng tôi đ sử dụng các phương pháp nghiên cứu khác nhau Để khảo cứu các vấn đề, chúng tôi sử dụng phương pháp phân tích và tổng hợp tài liệu Khi thực hiện, chúng tôi sử dụng phương pháp thu thập, tổng hợp số liệu thực nghiệm Khi phát triển ứng dụng, chúng tôi sử dụng phương pháp phân tích thiết kế hướng đối tượng Ngoài việc sử dụng một cách tổng hợp các phương pháp trên, cùng với các kỹ năng cần thiết như: kỹ năng tìm hiểu công cụ, kỹ năng lập trình, kỹ năng soạn thảo,… chúng tôi đ sử dụng các công cụ như: công cụ phần mềm tự động hoá quá trình phát triển phần mềm Rational Rose, sử dụng phần mềm nhúng MapObject 2.0, sử dụng Internet để tra cứu tài liệu,…

Về mặt lý thuyết, đề tài đ khảo sát phương pháp phân tích thiết kế hướng đối tượng bằng UML góp phần tăng sự hiểu biết về phương pháp luận phát triển phần mềm hướng đối tượng Một đóng góp khác của đề tài là ứng dụng công nghệ thông tin trong lĩnh vực phòng chống lũ lụt từ đó thúc đẩy

nhanh khả năng ứng dụng công nghệ thông tin vào các ngành, lĩnh vực khoa học khác ở Việt Nam

Đề tài có ý nghĩa thực tiễn ở Việt Nam, trên cơ sở một ngân hàng dữ liệu thống nhất các số liệu địa hình, số liệu khí tượng thuỷ văn của vùng đồng bằng sông Hồng, Thái Bình Tạo nguồn số liệu đầu vào cho các mô hình tính toán thuỷ lực, thuỷ văn do Viện Cơ học xây dựng, đề tài còn áp dụng cho việc quản lý số liệu của các vùng khác, tạo số liệu đầu vào cho các mô hình tính toán của các đơn vị khác

Kết cấu của luận văn gồm bốn chương:

Chương 1: Tổng quan về số liệu vùng đồng bằng sông Hồng, Thái Bình Giới thiệu tổng quan về các yếu tố liên quan đến lũ lụt ở vùng đồng bằng sông Hồng, Thái Bình và tình hình số liệu hiện có của vùng này

Chương 2: Xử lý số liệu đầu vào cho các mô hình tính toán thuỷ lực, thuỷ văn Tập trung nghiên cứu sơ lược các vấn đề liên quan đến Cơ học chất lỏng và các mô hình tính toán thuỷ lực, thuỷ văn để từ đó có thể tạo số liệu

đầu vào cho các mô hình này cũng như sử dụng một cách có hiệu qủa các kết quả của mô hình tính toán trong dự báo lũ lụt

Chương 3: Công nghệ GIS trong việc mô tả bức tranh ngập lụt Giới thiệu một số khái niệm cơ bản về GIS, và vai trò của công nghệ GIS trong việc phòng chống lũ lụt

Chương 4: Xây dựng ngân hàng dữ liệu Tiến hành phân tích, thiết kế

và xây dựng ngân hàng dữ liệu Qui trình phân tích, thiết kế theo hướng tiếp cận hướng đối tượng, sử dụng ngôn ngữ mô hình hóa thống nhất UML Ngân hàng dữ liệu được kết nối trực tiếp với các công cụ tính toán có sẵn

địa lý, công nghệ thông tin, công nghệ mô phỏng số v.v ) trong việc dự báo ngắn hạn; trong việc đánh giá và đề xuất các phương án phòng chống và kiểm soát lũ lụt Đồng bằng sông Hồng đảm bảo phát triển bền vững; trong việc xây dựng kế hoạch hành động khi xảy ra tình trạng khẩn cấp

Để tính toán, dự báo lũ lụt phải xây dựng được các mô hình tính toán Một trong những yếu tố quan trọng của các mô hình tính toán thuỷ lực, thuỷ văn là nguồn số liệu đầu vào Để các mô hình tính toán có kết quả tốt, nguồn

số liệu đầu vào phải đầy đủ và chính xác

Tuy số liệu địa hình sông của vùng đ được đo đạc đầy đủ năm 2000, số liệu khí tượng, thuỷ văn từ năm 1960 và được cập nhật hàng năm, nhưng chưa

có phần mềm nào quản lý các số liệu này một cách đầy đủ và nhất quán Phổ biến các số liệu này vẫn được lưu trữ dưới tệp dữ liệu văn bản (text), các tệp excel v.v Điều này gây ra nhiều khó khăn cho việc quản lý số liệu Khi tạo số

liệu vào cho các mô hình này người dùng lọc dữ liệu từ các tệp dữ liệu đó và chuyển thành tệp dữ liệu đầu vào cho các mô hình

Các số liệu khí tượng, thuỷ văn của 76 trạm đo số liệu khí tượng, thuỷ văn, 88 trạm đo mưa, 31 trạm đo nhiệt độ và bốc hơi rải rác trong toàn bộ lưu vực trong cả quá trình hoạt động của trạm trong thời gian từ năm 1960 đến năm 2004

Số liệu về kinh tế – x hội:

Thống kê thiệt hại năm 1995, 1998, 1999, năm 2001

Thu nhập theo đầu người của cư dân vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng, Thái Bình

Trích dẫn số liệu kinh tế x hội

Thông tin về số người trong độ tuổi lao động

Thiệt hại về kinh tế x hội theo từng huyện của từng tỉnh

Với lượng số liệu lớn như trên, để có thể lưu trữ được trên máy tính sao cho việc truy xuất nhanh, hiệu quả với nhiều mục đích khác nhau, dưới nhiều hình thức khác nhau đòi hỏi phải nghiên cứu chi tiết mối quan hệ, mục đích sử dụng của các loại dữ liệu này

1.2.1 Số liệu thuỷ văn

Sông Hàn Sông Hà

Bắc Giang

Hưng Yên

Hà Tây

Ninh Bình Thanh Hoá

TP Hà Nội Bắc Kạn

Thái Bình Hoà Bình

Hà Giang

Phú Thọ

Tuyên Quang

Vĩnh Phúc Thái Nguyên

Số liệu về thuỷ văn gồm danh sách các trạm quan trắc (trạm thuỷ văn)

để đo số liệu mực nước, số liệu lưu lượng nước Hàng năm mùa lũ bắt đầu từ 1/6 đến 15/10 Với mỗi trạm thuỷ văn, giá trị mực nước được đo theo ốp thời gian 6 giờ (vào lúc 1, 7, 13, 19 giờ), nếu trong tình trạng lũ lụt khẩn cấp có thể

đo trong từng giờ Số liệu được gửi về Trung tâm Dự báo khí tượng thuỷ văn Trung ương theo m luật điện báo thuỷ văn Trung tâm Dự báo khí tượng thuỷ văn chuyển số liệu về dạng bảng 1.1 và gửi cho các đơn vị tham gia dự báo lũ lụt

B¶ng 1.1 D¹ng sè liÖu mùc nưíc, lưu lưîng nưíc cña mét sè tr¹m

Thø tù, th¸ng,

Ngµy, Giê Tr¹m quan tr¾c (tªn viÕt t¾t)

TT T D G LTD TAK Pma Mte TDuong SinHo VangPo Patan NamPo

Số liệu thuỷ văn dùng để làm số liệu đầu vào cho các mô hình tính toán,

để so sánh số liệu tính toán được với số liệu thực đo, để kiểm nghiệm các mô hình tính toán Trong thực tế số liệu thuỷ văn được biểu diễn dưới dạng đường quá trình

Hình 1.2 Dạng đường quá trình của số liệu thuỷ văn 1.2.2 Số liệu khí tượng

Số liệu về khí tượng gồm danh sách các trạm khí tượng, số liệu mưa, số liệu bốc hơi, số liệu nhiệt độ Loại số liệu này được lưu theo ốp giờ (chủ yếu

là 7 và 19) và giá trị trung bình ngày Số liệu khí tượng được biểu diễn dưới dạng biểu đồ hình cột (hình 1.3) với trục x là ngày đo, trục y là giá trị đo (mm) Số liệu về mưa gồm 100 trạm Số liệu được thu thập trong khoảng thời gian từ năm 1961 đến năm 2002 Vị trí các trạm đo được thể hiện trên hình 1.4 Cũng giống như số liệu thuỷ văn, dạng số liệu khí tượng tại một số trạm

được mô tả như trong trong bảng 1.1

Hình 1.3 Dạng biểu đồ cột của số liệu khí t−ợng

Sông Hàn Sông Hà

Bắc Giang

H−ng Yên

Hà Tây

Ninh Bình Thanh Hoá

TP Hà Nội Bắc Kạn

Thái Bình Hoà Bình

Hà Giang

Phú Thọ

Tuyên Quang

Vĩnh Phúc Thái Nguyên

1.2.3 Số liệu địa hình sông

Đây là số liệu cốt yếu phục vụ cho các mô hình tính thuỷ lực

Toàn bộ số liệu địa hình lòng dẫn sông được Viện Khí tượng thuỷ văn

đo năm 2000 Mạng sông gồm danh sách các sông, số liệu mặt cắt sông, số liệu x,y của từng mặt cắt, số liệu cao độ đê Một sông có nhiều mặt cắt Mỗi mặt cắt có một tập các số liệu x,y, số liệu cao độ đê tương ứng Số lượng các mặt cắt trên các sông được thống kê trong bảng 1.2

1.2.4 Bản đồ số

Các bản đồ số được sử dụng cho mô hình thuỷ văn, mô hình thuỷ lực (1D mở rộng và 2D), trong việc mô phỏng quá trình lan truyền lũ, quá trình ngập lụt Danh sách các loại bản đồ số được thống kê trong bảng 1.3

Bảng 1.3 Danh sách các bản đồ số

1 Bản đồ cao độ lưu vực sông Hồng, Thái Bình 1/50.000

2 Bản đồ cao độ châu thổ sông Hồng, Thái Bình 1/25.000

8 Bản đồ giao thông 1/100.000

Sử dụng bản đồ số DEM tỷ lệ 1/25000 toàn bộ vùng tính toán trong đê

được chia thành 241 ô Đường bao các ô là mạng lưới đường giao thông (đường quốc lộ, đường tỉnh lộ) Biên của vùng tính toán ở phía thượng lưu là các vùng có cao độ trong khoảng 100-140 m, ở các vùng đồng bằng ra đến biển là các vùng có cao độ 5-20 m và vùng Biển Đông (Hình 1.5)

Hình 1.5 Bản đồ chia ô vùng tính toán Việc xác định biên của vùng tính toán như trên bảo đảm để cho nước ra khỏi vùng tính toán chỉ bằng cách thoát ra biển

Trong một ô các thông số sau cần xác định:

Cao trình thấp nhất Hmin của ô

Cao trình lớn nhất Hmax của ô

Quan hệ diện tích và thể tích theo độ cao

Độ dài đường tràn giữa các ô, giữa ô với đoạn sông liền kề, giữa ô với biển

Cao độ trung bình của ô

Vị trí các mặt cắt của sơ đồ tính toán mạng sông trong bản đồ chia ô Với một lượng dữ liệu lớn và phức tạp, để có thể lưu trữ và khai thác chúng phục vụ cho việc nghiên cứu phòng chống lũ lụt một cách hiệu quả, việc xây dựng ngân hàng dữ liệu là một nhiệm vụ cấp thiết

Trong quá trình tìm hiểu và xây dựng ngân hàng dữ liệu, chúng tôi đ khảo cứu một số đề tài tiêu biểu về lĩnh vực này, gồm:

”Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu thuỷ văn” - 2002, Lê Minh Hằng,

Lê Xuân Cầu – Trung tâm tư liệu khí tượng thuỷ văn Đề tài này dừng lại trong phạm vi lưu trữ số liệu thuỷ văn Cho phép nhập số liệu, xem số liệu đ

có trong cơ sở dữ liệu

”Xây dựng cơ sở dữ liệu và bản đồ khí tượng thuỷ văn nguy

hiểm”-2003, Đào Thanh Thuỷ, Lê Minh Hằng, Lê Xuân Cầu – Trung tâm tư liệu khí tượng thuỷ văn Đề tài quản lý số liệu khí tượng, đồng thời phát triển thêm với khả năng ứng dụng công nghệ GIS để mô tả bản đồ dự báo khí tượng thủy văn (KTTV)

Cả hai đề tài trên chỉ đơn thuần lưu trữ số liệu KTTV, chưa có số liệu

địa hình, và đặc biệt không tích hợp với các mô hình tính toán để dự báo lũ lụt Trong luận văn này, ngân hàng dữ liệu mà chúng tôi xây dựng không chỉ quản lý số liệu KTTV mà còn quản lý số liệu địa hình, và quan trọng hơn các loại dữ liệu này được kết nối với các mô hình tính toán, làm số liệu đầu vào

cho c¸c m« h×nh tÝnh to¸n KÕt qu¶ tÝnh to¸n tõ c¸c m« h×nh ®−îc so s¸nh víi

sè liÖu thùc ®o vµ ®−îc dïng trong viÖc t¹o bøc tranh ngËp lôt

Chương 2: xử lý số liệu đầu vào cho các mô hình

tính toán thuỷ lực, thuỷ văn

Hệ thống sông Hồng, Thái Bình trải rộng khắp đồng bằng bắc bộ với

địa hình khá đa dạng từ vùng núi đến đồng bằng Với địa hình phức tạp và rộng lớn như vậy thì việc xử lý số liệu phục vụ cho việc tính toán các phương

án phòng chống lũ, lụt mất rất nhiều thời gian và công sức

Các bộ chương trình tính toán thủy văn có thể cho ta dự báo lưu lượng trên các sông Đà, Thao, Lô, Cầu, Thương, Lục Nam trước 24, 48 giờ Sử dụng

bộ chương trình tính toán thủy lực một chiều và bộ chương trình tính toán điều tiết hồ Hòa Bình ta có thể có dự báo mực nước hồ Hòa Bình, mực nước tại trạm thủy văn Hà Nội, Phả Lại Những dự báo này là cơ sở để có thể phát lệnh phân lũ hoặc chậm lũ Ngân hàng dữ liệu được kết nối với tất cả các chương trình tính toán này Trong chương này chúng tôi xin trình bày những công việc

xử lý cốt yếu để tạo các tệp dữ liệu đầu vào cho các mô hình tính toán thủy lực, thủy văn do Viện Cơ học xây dựng

2.1 Mô hình thủy lực [1]

Để mô phỏng được các trận lũ đ và sẽ xảy ra trên hệ thống sông Hồng, Thái Bình, một điều rất quan trọng là phải sử dụng bộ chương trình tính toán thuỷ lực có khả năng mô phỏng được dòng chảy trong hệ thống sông phức tạp với các đặc điểm riêng biệt như hệ thống sông Hồng, Thái Bình Bộ chương trình này đ được sử dụng để nghiên cứu quá trình lan truyền trên hệ thống sông và tràn qua đê của các trận lũ lớn có khả năng xảy ra trên hệ thống sông Hồng, Thái Bình và hiệu quả của các biện pháp kiểm soát lũ:

- Củng cố hệ thống đê;

- Sử dụng các hồ Hòa Bình, Thác Bà,…

- Phân lũ;

- Chậm lũ

Các yếu tố liên quan đến mô hình thủy lực gồm:

Số liệu thủy văn (mực nước, lưu lượng nước)

Số liệu địa hình sông (mặt cắt sông, số liệu cao độ đê)

Số liệu các khu phân lũ, chậm lũ, các hồ chứa (ô chứa)

Để mô phỏng quá trình lan truyền lũ trong hệ thống sông Hồng, Thái Bình quá trình mô phỏng lũ được xét trong các thành phần:

Mạng sông

Ô ruộng

Hình 2.1 Mạng lưới sông ngòi và ô lưới tính toán Tất cả các sông trong hệ thống được liên kết với nhau trong mạng sông Các khu phân lũ, chậm lũ được mô phỏng như các ô ruộng được liên kết với

mạng sông qua các công trình Hình 2.1 mô tả mạng lưới sông ngòi với mặt cắt được nối với các ô trong vùng tính toán

- Cho mực nước (nút biên Z)

- Cho lưu lượng (nút biên Q)

- Cho quan hệ giữa mực nước và lưu lượng

Nút trong của mạng (đơn giản gọi là nút): là vị trí tiếp xúc của từ 2 đoạn sông trở lên

Nút sông chỉ có một đặc trưng duy nhất là cao trình mực nước tại nút

- Độ dài của đoạn

- Các yếu tố thủy lực của đoạn như: độ dốc, hệ số nhám, lưu lượng

bổ sung,

Trong mặt cắt của đoạn có các đặc trưng như lòng sông, bi sông, bối Trên hệ thống sông Hồng, Thái Bình một đoạn có thể liên quan 1 hoặc 2 bối 2.1.2 Ô ruộng (Ô chứa)

Trong mô hình thuỷ lực ô ruộng được mô phỏng có vai trò chứa nước, Vì vậy, một ô ruộng được đặc trưng bởi các thông số:

Chiều rộng của mặt cắt: =∑

i i

b b

i i

A A

i i i

K K

Bán kính thủy lực:

( )2 ( )2

i i

i i

i i

z y

A A

R

δ δ

χ = +

=

Trong đó : χi – chu vi ướt

Trong mô hình mỗi đoạn sông được đặc trưng bởi hai mặt cắt: mặt cắt

đầu và mặt cắt cuối Trong trường hợp không có hợp lưu thì mặt cắt cuối của

đoạn trước sẽ trùng với mặt cắt đầu của đoạn sau

Các mặt cắt cần được khai toán để đưa vào mô hình tính toán với đầy đủ các đặc trưng thuỷ lực như : độ dốc, diện tích theo cao độ, độ rộng lòng sông, nhám, trắc dọc,… bằng mô hình khai toán mặt cắt

Cụ thể là từ số liệu trắc ngang, khai toán thành 12 cấp của từng mặt cắt Với mỗi cấp cao trình của mỗi mặt cắt sẽ có các số liệu về độ rộng lòng, về diện tích của cấp mặt cắt đó Trong mỗi mặt cắt, hệ số nhám cũng được phân biệt thành hai loại là nhám lòng và nhám bi: khi mực nước vượt qua lòng tràn vào bi thì dòng chảy ngoài bi có hệ số cản lớn hơn dòng chảy trong lòng dẫn

Từ số liệu trắc dọc, ta có thể xác định được vị trí của các mặt cắt trong toàn bộ hệ thống sông Số liệu trắc dọc, trắc ngang, số liệu cao độ đê, các thông số liên quan đến ô chứa, các bối, mối quan hệ giữa các mặt cắt,… được thiết kế thành tệp số liệu đầu vào cho mô hình tính toán Hình 2.3 là kết quả một phần của file số liệu mặt cắt ngang trong mô hình tính toán

Hình 2.3 Một đoạn file đầu vào chứa thông số các mặt cắt ngang

2.1.4 Tạo giá trị mực nước và lưu lượng làm điều kiện ban đầu

Khi tính thuỷ lực của mạng sông thực, thường không biết trước giá trị

đầu về mực nước Z và lưu lượng Q tại các nút, chương trình phải tự tạo Theo

lý thuyết, giá trị đầu không cần chính xác vì chỉ ảnh hưởng đến dòng chảy trong 1 thời gian ngắn sau đó Tuy nhiên, trên thực tế, nếu giá trị đầu chọn không thích hợp, chương trình sẽ không chạy được

2.1.5 Vấn đề xác định hệ số nhám và chỉnh kết quả

Vì các hệ số nhám của sông là khó xác định chính xác trước, các chương trình tính toán thuỷ lực phải tìm cách hiệu chỉnh hệ số nhám sao cho kết quả tính toán phù hợp với thực đo Cách làm ở đây là rất khác nhau ở một

số chương trình, người ta đưa ra các đường cong nhám với các giá trị nhám khác nhau theo 12 cấp (thực ra là giá trị hệ số điều chỉnh nhám) Sau đó mỗi

đoạn sông được gán cho 1 đường Khi kết quả tính toán lệch so với thực đo, người ta chọn lại đường nhám hoặc thay đổi chính bản thân nó Việc này là khá khó khăn Cách làm của chúng tôi như sau:

ư Chia mạng sông thành nhiều vùng, mỗi vùng được gán với 1 đường cong nhám (hiện tại mạng sông Hồng, Thái Bình được chia thành 16 vùng)

ư Mỗi đường cong nhám có dạng (z1,g1); (z2,g2); ; (zm,gm)

ư Trong đó zi là mực nước của 1 nút chuẩn nằm trong vùng đang xét,

z1<z2 zm, gi là giá trị điều chỉnh Thường lấy nút chuẩn là các trạm thủy văn

ư Số cặp giá trị m là tùy ý và khác nhau đối với mỗi đường

ư Nếu mực nước Z của nút đang xét nằm trong khoảng (zi,zi+1) thì g

được nội suy từ gi, gi+1

ư Khi cần chỉnh, ta dựa vào độ lệch giữa kết quả tính toán và thực đo của nút chuẩn (được vẽ trên màn hình), tại mực nước đang xét, để chỉnh giá trị gi Có thể chèn thêm cặp (zk, gk) nếu cần

Q0

Qbien

t

Z0 Zbien

t

Các cách tiếp cận trên đ được thử nghiệm trên phần mềm để tính toán các bài toán mẫu cũng như các cơn lũ thực Các kết quả là khả quan

2.2 Mô hình thủy văn

Mô hình thủy văn dùng để dự báo lũ lụt

Quá trình hình thành dòng chảy từ lượng mưa rơi trên lưu vực là quá trình phức tạp, phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: độ dốc, độ che phủ của lưu vực, thành phần cấu tạo của đất, lượng bốc hơi,… Mô hình mưa rào dòng chảy

được xây dựng dựa trên cơ sở giả thiết chấp nhận một số thông số đặc trưng cho từng lưu vực Các thông số này sẽ được lựa chọn bằng thuật toán tối ưu hoá và các số liệu thực đo ngay trước thời điểm cần tính toán Mô hình thuỷ văn mưa rào dòng chảy được xây dựng dưới sự chỉ đạo của GS.TS Trịnh Quang Hoà đ có khả năng tính toán dòng chảy sinh ra do mưa trên các lưu vực của các sông Đà, Thao, Lô, Cầu, Thương, Lục Nam

Quá trình hình thành dòng chảy là quá trình phức tạp bao gồm nhiều quá trình thành phần liên hệ, ràng buộc và thống nhất với nhau Trong mô hình này hiện tại chỉ xét một số thành phần chính sau: Mưa, bốc hơi, thấm, dòng mặt-gia nhập vào lòng dẫn và chuyển động đến mặt cắt cửa ra

Lượng mưa rơi trên lưu vực là nguyên nhân chính gây ra dòng chảy Giả

sử trên toàn lưu vực có n trạm đo lượng mưa Lượng mưa bình quân trên lưu vực được tính theo công thức:

1

n

P P

n

i i

∑

=

=

trong đó P - lượng mưa bình quân lưu vực, Pi - lượng mưa tại điểm đo thứ i lấy

từ tệp số liệu, n - tổng số các điểm đo mưa trên lưu vực Riêng đối với hệ thống sông Thái Bình lượng mưa bình quân trên lưu vực 3 sông Cầu, Thương, Lục Nam được tính theo công thức sau:

i i

i P P

trong đó P - lượng mưa bình quân lưu vực, Pi - lượng mưa tại điểm đo thứ i lấy

từ tệp số liệu, Ψi (i =1, n) là các trọng số mưa tương ứng với số liệu mưa tại các trạm đo, n - tổng số các điểm đo mưa trên lưu vực

Ký hiệu i là cường độ thấm của đất, E - lượng bốc hơi bề mặt lưu vực trung bình theo tháng tương ứng của năm trước đo được Lớp cấp nước bề mặt h(t)

2.3 So sánh kết quả tính toán với số liệu thực đo

Số liệu tính toán được của các mô hình cần được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu để phục vụ cho mục đích so sánh với số liệu thực đo, so sánh giữa các

phương án với các hệ số nhám khác nhau Kết quả so sánh cần được biểu diễn bằng biểu đồ để có thể xác định được sai số giữa các phương án Hình 2.4 mô tả biểu đồ so sánh giữa số liệu tính toán và số liệu thực đo [1]

Hình 2.4 Đường quá trình mực nước tại trạm thuỷ văn Hà Nội của trận lũ

Với mỗi ô có diện tích mặt, chu vi, toạ độ (x,y) của các điểm trên bản

đồ Như vậy biết lưu lượng nước, chu vi của ô cho phép ta tính được độ sâu mực nước của ô Tiến hành tính toán và tô màu các ô theo độ sâu mực nước Trong phần này chúng tôi chỉ giới thiệu cách tạo bản đồ ngập lụt đơn giản nhất Trong thực tế còn rất nhiều vấn đề liên quan như: Trong một ô có thể chứa vùng đồng bằng, vùng núi, khi đó việc mô tả ngập lụt sẽ không chính xác

Tóm lại, việc xử lý số liệu đầu vào cho các mô hình tính toán là rất quan trọng, việc xử lý số liệu ảnh hưởng trực tiếp tới kết quả tính toán của các mô hình Từ đó ảnh hưởng tới các quyết định của các nhà hoạch định chính sách trong trường hợp lũ lụt khẩn cấp

Chương 3: Công nghệ GIS trong việc mô tả bức

tranh ngập lụt

3.1 Giới thiệu

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của Khoa học kỹ thuật, đặc biệt là

sự phát triển của ngành Công nghệ thông tin Song song với nó, Công nghệ GIS ngày càng được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực, trong đó có Phòng chống lũ lụt và giảm nhẹ thiên tai Đây là một công việc hết sức phức tạp, đòi hỏi phải

có sự chính xác và chi tiết hoá cao các dạng dữ liệu về bản đồ, qua đó cho phép ta nhận biết một cách chính xác đầy đủ bức tranh tổng quan thực trạng

về địa hình cũng như những hiện tượng khách quan hay chủ quan tác động

đến sự tồn tại hay biến đổi của lưu vực nghiên cứu Từ đó đưa ra những nhận

định, mô phỏng lại các trận lũ lụt đ xảy ra trong quá khứ, tiến hành phân tích

và đánh giá lựa chọn ra những giải pháp tối ưu nhằm phòng tránh và giảm nhẹ tác hại của lũ lụt

Đi đôi với việc tìm ra những giải pháp tối ưu nhằm khắc phục tình trạng

ảnh hưởng nghiêm trọng của thiên tai trong phạm vi lũ lụt trên toàn thế giới nói chung hay ở Việt Nam nói riêng, công nghệ GIS luôn chiếm một vị trí quan trọng và càng ngày càng trở nên không thể thiếu trong bất kỳ một phương án giải quyết nào Từ những vấn đề rất đơn giản như yêu cầu quan sát tổng thể hay đưa ra những đánh giá sơ bộ, cho đến tính chi tiết hoá toàn bộ mạng lưới tính toán đến từng vị trí cụ thể, mà những công việc đó hoàn toàn phải dựa trên sự thống nhất về tiêu chuẩn hóa trên toàn cầu, bổ sung một cách hữu ích và đạt kết quả cao trong các công trình nghiên cứu ứng dụng hay phát triển các mô hình lũ lụt 1D, 2D, v.v

Với công nghệ GIS ta có thể giải quyết được rất nhiều bài toán về lĩnh vực phòng chống lũ lụt và giảm nhẹ thiên tai Dựa trên các số liệu dạng raster các phần mềm GIS có khả năng đáp ứng hầu hết các bài toán đặt ra về lĩnh vực này Các phần mềm chủ yếu được sử dụng hiện nay như: MapInfor, ArcInfor, ArcView, ArcGis, Ilwis, và nhiều phần mềm bổ trợ khác

Vậy GIS là gì? Có rất nhiều định nghĩa khác nhau về GIS nhưng tựu chung lại mọi người đều thống nhất rằng GIS là một hệ thống quản lý thông tin có thể:

• Thu nhập, lưu trữ, xử lý thông tin tại các vị trí trong không gian

• Xác định được các đối tượng trong một vùng quan tâm thoả mn một

số chỉ tiêu hay mục đích cụ thể nào đó

• Phân tích thông tin trong không gian để hỗ trợ cho việc đưa ra các quyết định xử lý

• Trao đổi thông tin cho các mô hình ứng dụng

• Hiển thị thông tin dưới dạng đồ hoạ, sơ đồ

GIS cũng có thể được hiểu là một hệ thống phần cứng, phần mềm máy tính và các thủ thuật được thiết kế để trợ giúp cho việc thu thập, quản lý, xử lý,

phân tích, hiệu chỉnh, hiển thị các thông tin gắn với các vị trí không gian nhằm giúp cho các nhà quy hoạch và quản lý, giải quyết các vấn đề phức tạp một cách trực quan và hiệu quả hơn

Công nghệ GIS đ−ợc phát triển trên nền tảng của công nghệ điện tử – tin học – viễn thông và tự động hoá Nét đặc tr−ng của công nghệ GIS là khả năng tạo ra các thông tin mới trên cơ sở phân tích và tổng hợp các dữ liệu đ

có trong hệ thống cũng nh− cách thể hiện thông tin một cách trực quan

GIS có khả năng liên kết dữ liệu không gian và dữ liệu phi không gian trong một cơ sở dữ liệu để tạo thành các hình ảnh của thế giới sinh động và

đầy đủ các thông tin cần quan tâm Nhờ đó ta có thể nhìn nhận một cách tổng thể hiện trạng của GIS khác với hệ thống thông tin khác và tạo ra giá trị to lớn

để nó đ−ợc ứng dụng rộng ri trong mọi lĩnh vực khoa học và sản xuất

3.3 Các khả năng của công nghệ GIS

Các thông tin quản lý trong GIS có đặc tính riêng mà các hệ thống thông tin khác không nhất thiết bắt buộc là chúng phải gắn kết với vị trí địa lý thực của các đối t−ợng thuộc vùng lnh thổ chứa đựng chúng Khả năng của GIS khá phong phú và tuỳ thuộc vào các ứng dụng cụ thể của nó trong thực tế nh−ng bất cứ một hệ GIS nào cũng phải tối thiểu giải quyết đ−ợc năm vấn đề chính sau đây:

Vị trí (Location) - quản lý và cung cấp vị trí của các đối t−ợng theo yêu cầu bằng các cách khác nhau nh− tên địa danh, mà vị trí hoặc toạ

độ

Điều kiện (Condition) - thông qua phân tích các dữ liệu không gian cung cấp các sự kiện tồn tại hoặc xảy ra ở một địa điểm nhất định hoặc xác định các đối t−ợng thoả mn các điều kiện đặt ra

Chiều hướng (Trend) - cung cấp hướng thay đổi của đối tượng thông qua phân tích các dữ liệu trong một vùng lnh thổ nghiên cứu theo thời gian

Kiểu mẫu (Pattern) - cung cấp mức độ sai lệnh của các đối tượng so với kiểu mẫu và nơi sắp đặt chúng đ có từ các nguồn khác

Mô hình hoá (Modeling) - cung cấp và xác định những gì xảy ra nếu

có sự thay đổi dữ liệu hay nói cách khác xác định xu thế phát triển của các đối tượng Ngoài thông tin địa lý, hệ thống cần phải có thêm thông tin về các quy luật hoặc nguồn thông tin thống kê

Thông tin được tổ chức quản lý trong một hệ thống thông tin địa lý còn

được dùng chủ yếu để phân tích những vấn đề biến động khác nhau như sự lan truyền bệnh sốt rét, hệ thống an toàn khi động đất và quản lý nhân sự, tội phạm v.v

ứng dụng hệ thống thông tin địa lý chúng ta sẽ đạt được các tiến bộ sau trong các hoạt động tác nghiệp của mình:

Làm giảm hoặc loại bỏ các hoạt động thừa, tiết kiệm thời gian, tiền của và công sức;

Kết quả số liệu tốt hơn với giá thành thấp hơn và trợ giúp quyết định, lập kế hoạch;

Nhanh chóng thu nhập được nhiều thông tin và phân tích chúng, lập báo cáo cho mọi nhu cầu của công tác quản lý;

Các lĩnh vực hoạt động mới của cơ quan có thể tự động hoá với đầy

đủ số liệu của hệ thống thông tin địa lý;

Cầu nối giữa các công cụ và công nghệ nhằm cải tiến sản xuất;

Tăng khả năng lưu trữ và xử lý số liệu, cải tiến truyền thông thông tin;

Tạo ra một loại dịch vụ mới là cung cấp thông tin;

Trả lời các vấn đề quan tâm nhanh, chính xác và tin cậy cao;

Luôn có sẵn các sản phẩm phục vụ các mục đích mới (như bản đồ, báo cáo, thông tin, số liệu v.v phục vụ 24 giờ trong ngày)

Trong các sơ đồ trên về thành phần cơ bản của công nghệ GIS chúng ta thấy có một thành phần quan trọng đó là người sử dụng, nhân tố thực hiện các thao tác điều hành sự hoạt động của hệ thống GIS Mối quan hệ giữa các thành phần trong sơ đồ trên như sau: Các thông tin về các sự vật và hiện tượng từ thế giới thực được đưa vào GIS quản lý, tạo ra cơ sở dữ liệu và được xử lý theo mục đích của người sử dụng Dựa trên kết quả phân tích dữ liệu thông qua công cụ phần mềm GIS, người sử dụng tác động trở lại thế giới thực nhằm đạt

được mục tiêu đ đề ra Đồng thời phát sinh ra các thông tin mới và cần đưa vào quản lý và xử lý trong, cứ như thế nó là một vòng tuần hoàn khép kín giữa

Người

dùng

GIS

Phần mềm + dữ liệu Cơ sở Thế giới

thực

Kết quả

các thông tin thu nhận từ thế giới thực, môi trường công nghệ GIS và người sử dụng

Cần lưu ý rằng GIS không phải là một hệ thống vật lý bao gồm: máy tính và phần mềm đơn giản để làm bản đồ, tuy nhiên nó có khả năng tạo ra các bản đồ ở các tỷ lệ khác nhau trong các lưới chiếu khác nhau và thể hiện các bản đồ chuyên đề theo các chỉ tiêu, màu sắc khác nhau Có thể coi GIS là một công cụ phân tích, cải tạo thế giới thực Một ưu điểm nổi bật của GIS là

nó cho phép ta xác định các mối quan hệ không gian giữa các hình ảnh và đối tượng bản đồ quản lý trong hệ thống GIS không lưu trữ các bản đồ theo các kịch bản cổ truyền và cũng không lưu trữ các hình ảnh cụ thể theo một khung nhìn (View) cho một vùng lnh thổ địa lý quan tâm Thay vào đó nó lưu trữ các dữ liệu mà từ các dữ liệu đó chúng ta có thể tạo ra các khung nhìn theo nhu cầu đặt ra, phát sinh và vẽ các hình ảnh cũng như bản đồ phục vụ cho các mục đích cụ thể đặt ra

Như đ nêu ở trên, trong GIS không quản lý các trang bản đồ hoặc hình

ảnh cụ thể mà nó quản lý một cơ sở dữ liệu, thông thường cơ sở dữ liệu của hệ GIS là cơ sở dữ liệu quan hệ được tạo lập bởi các dữ liệu không gian trong thế giới thực đi kèm theo thông tin thuộc tính của chúng và đó cũng là sự khác biệt chính giữa các hệ GIS đối với các hệ CAD Muốn tạo ra một hình ảnh cho các đối tượng địa lý quan tâm trong môi trường GIS chúng ta cần phải xác

định được 3 thành phần của thông tin về hình ảnh đó lưu trữ trong hệ thống là:

- Hình ảnh đó là gì (What);

- Hình ảnh đó ở đâu (Where);

- Nó liên quan đến các hình ảnh khác ra sao (Relation)

Thông qua câu lệnh và thao tác của người sử dụng các dữ liệu hiện có trong cơ sở dữ liệu GIS sẽ cung cấp các giá trị cho các thành phần đó và tự xây dựng nên các hình ảnh cần thiết Đặc biệt, GIS cho phép ta khả năng tổng hợp

thông tin trên bản đồ từ các cơ sở dữ liệu đ xây dựng và tạo ra các mối quan

hệ không gian mới giữa các thông tin nhằm xác định hướng phát triển tối ưu của các đối tượng và đánh giá xu thế biến động của chúng thông qua chuỗi dữ liệu theo thời gian

Như đ trình bày ở trên, công nghệ GIS có thể coi là một công cụ ứng dụng đa ngành Nó cũng có thể coi là một hệ thống lập bản đồ máy tính thông minh Tuỳ theo nhu cầu và đặc điểm của từng ngành mà việc ứng dụng GIS có thể ở từng mức độ khác nhau

3.5 Đặc điểm chung các phần mềm công cụ GIS [11]

Phần mềm và phần cứng là hai điều kiện cần để có thể ứng dụng công nghệ GIS vào thực tế Phần mềm của hệ thống thông tin địa lý là một tập hợp của các câu lệnh, chỉ thị nhằm điều khiển phần cứng của máy tính thực hiện một nhiệm vụ xác định Phần mềm được lưu trữ trong máy tính như là các chương trình trong bộ nhớ của hệ thống nhằm cung cấp các thư mục hoạt động trong hệ thống cơ sở của máy tính và thu nhận Phần mềm có thể chia làm hai lớp:

- Lớp phần mềm mức thấp: Hệ điều hành cơ sở;

- Lớp phần mềm mức cao: Các chương trình ứng dụng, dùng thực hiện việc thành lập bản đồ và các thao tác phân tích không gian địa lý

Vai trò và đặc tính phần mềm được gắn liền với kiến trúc của phần cứng

sử dụng trong máy tính và sự tiến bộ của công nghệ thông tin Ngày nay phần lớn các phần mềm GIS là giao diện thân thiện với người sử dụng

3.5.1 Các lớp của phần mềm

Trong các hệ thống máy tính hiện đại, phần mềm cài đặt có thể khái quát từ các lớp sau:

- Hệ điều hành;