Thực tập hệ thống thông tin Điện Lực Tìm hiểu hệ thống quản lý lưới điện hạ thế

Thực tập hệ thống thông tin Điện Lực Tìm hiểu hệ thống quản lý lưới điện hạ thế Hiển thị bản đồ khu vực nhập liệu Chức năng lấy tọa độ GPS tự động Chức năng nền: tải và hiển thị bản đồ hành chính cơ sở, tải dữ liệu danh sách khách hàng trên server về máy di động Chức năng nhập liệu: tạo lộ trình mới, cho phép chọn trạm biến áp làm điểm bắt đầu, tiến hành vẽ cột các cột điện và kéo dây, chụp ảnh hiện trạng và lưu trữ dữ liệu vừa cập nhật. Chức năng upload lên server Chức năng di chuyển cột Chức năng bổ sung cột điện vào giữa đoạn đường dây có sẵn Chức năng xóa một cột bất kỳ từ cột cho phép rẽ nhánh Chức năng hiển thị lưới điện hạ thế trên nền web

LỜI CẢM ƠN

Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ,

sự giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù là trực tiếp hay gián tiếp của người khác Trong suốtthời gian từ khi bắt đầu học tập, chúng em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp

đỡ của Thầy Cô, gia đình và bạn bè

Chúng em xin gửi đến Thầy Cô ở Khoa Công Nghệ Thông Tin – trường Đại HọcĐiện Lực đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quýbáu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường Khoa đã tổ chức cho chúng

em được tiếp cận với môn học “Thực tập Các hệ thống thông tin Điện Lực”

Chúng em xin chân thành cám ơn thầy Nguyễn Hữu Quỳnh, cô Nguyễn ThịQuỳnh Anh đã tận tâm hướng dẫn chúng em qua từng buổi học trên lớp cũng nhưnhững buổi nói chuyện, thảo luận về môn học Trong thời gian được học tập và thựchành dưới sự hướng dẫn của thầy cô, chúng em không những thu được rất nhiều kiếnthức bổ ích, mà còn được truyền sự say mê và thích thú đối với bộ môn “Thực tập Các

hệ thống thông tin Điện Lực” Nếu không có những lời hướng dẫn, dạy bảo của thầy

cô thì chúng em nghĩ đồ án này của chúng em rất khó có thể hoàn thành được

Mặc dù đã rất cố gắng hoàn thiện đồ án với tất cả sự nỗ lực, tuy nhiên, do bướcđầu đi vào thực tế, tìm hiểu và xây dựng đồ án trong thời gian có hạn, và kiến thức còn

hạn chế, nhiều bỡ ngỡ, nên đồ án “Tìm hiểu hệ thống quản lý lưới điện hạ thế” chắc

chắn sẽ khôn thể tránh khỏi những thiếu sót Chúng em rất mong nhận được sự quantâm, thông cảm và những đóng góp quý báu của các thầy cô và các bạn để đồ án nàyngày càng hoàn thiện hơn

Sau cùng, chúng em xin kính chúc các thầy cô trong Khoa Công Nghệ Thông Tindồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyềnđạt kiến thức cho thế hệ mai sau

Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2015

Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Huyền Hoàng Thị Liên

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐIỆN LỰC 1

1.1 Giới thiệu tổng quan về hệ thống thông tin điện lực 1

1.2 Cấu trúc và cơ sở hạ tầng hệ thống thông tin điện lực 2

1.2.1 Mạng đường trục chính (bachbone) 3

1.2.2 Mạng đường khu vực 4

1.2.3 Mạng nhánh 4

1.3 Hệ thống điện thông minh 4

1.3.1 Khái niệm 4

1.3.2 Chức năng của hệ thống điện thông minh 5

1.3.3 Cấu trúc của một hệ thống điện thông minh 5

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN MỘT SỐ CÔNG NGHỆ 7

2.1 Hệ thống thông tin địa lý GIS 7

2.1.1 GIS là gì? 7

2.1.2 GIS với Việt Nam 7

2.1.3 Mô hình công nghệ GIS 7

2.1.4 Các thành phần của GIS 8

2.1.5 Cách thức làm việc của GIS 11

2.1.6 Nhiệm vụ của GIS 16

2.1.7 Các bài toán ứng dụng GIS 17

2.2 Google Map API 18

2.2.1 Các thao tác trên bản đồ 18

2.2.2 Load bản đồ về trang cá nhân 18

2.2.3 Overlays (lớp phủ) 19

2.2.4 Sự kiện 19

2.2.5 Control 20

2.3 ArcGIS 21

2.3.1 ArcGIS for Desktop 22

2.3.2 ArcView 23

2.3.3 ArcEditor 23

2.3.4 ArcInfo 23

2.4 Nền tảng Apache Cordova 24

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG QUẢN LÝ LƯỚI ĐIỆN HẠ THẾ

26

3.1 Tổng quan về Hệ thống quản lý lưới điện hạ thế 27

3.1.1 Giới thiệu chung về công ty điện lực Phú Thọ 27

3.1.2 Mô tả bài toán 28

3.1.3 Xác lập dự án 28

3.2 Phân tích hệ thống quản lý lưới điện hạ thế 32

3.2.1 Bảng phân rã chức năng 32

3.2.2 Biểu đồ hoạt động 34

3.3 Giao diện hệ thống quản lý lưới điện hạ thế 35

3.3.1 Giao diện di động 35

3.3.2 Giao diện web hiển thị 39

3.4 Kết luận 39

KẾT LUẬN 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO 41

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Mô hình hệ thống thông tin 1

Hình 1.2: Sơ đồ kết cấu mạng 3

Hình 2.1: Mô hình công nghệ GIS 7

Hình 2.2: Mô phỏng hệ thống thông tin địa lý 9

Hình 2.3: Cơ sở dữ liệu GIS 10

Hình 2.4: Định dạng dữ liệu Vector và Raster 13

Hình 2.5: Quan hệ tọa độ địa lý trực quan 14

Hình 2.6: Mặt cầu (vàng) và mặt Elip 14

Hình 2.7: Mặt phẳng hệ tọa độ quy chiếu 15

Hình 2.8: Cách chiếu bề mặt cong lên mặt phẳng 15

Hình 2.9: Quan hệ giữa các nhóm chức năng của GIS 17

Hình 2.10: Bộ phần mềm ứng dụng ArcGIS (Nguồn: ESRI) 22

Hình 3.1: Bảng phân rã chức năng của hệ thống 32

Hình 3.2: Biểu đồ hoạt động 34

Hình 3.3: Giao diện đăng nhập hệ thống trên di động 36

Hình 3.4: Giao diện nhập liệu 37

Hình 3.5: Giao diện menu chức năng 38

Hình 3.6: Giao diện website chính 39

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, Công Nghệ Thông Tin là một ngành rất phát triển trong xã hội Nóđược ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều ngành, lĩnh vực khác nhau và đạt được hiệuquả cao trong cuộc sống Tin học hóa được xem như một trong những yếu tố mangtính quyết định trong các hoạt động kinh doanh, dịch vụ, xã hội, khoa học, giáo dục,

… Ứng dụng công nghệ thông tin đóng vai trò hết sức quan trọng, có thể tạo ra cácbước đột phá

Từ vài thập niên trở lại đây, công nghệ hệ thống thông tin địa lý GIS(Geographical Information Systems) đã có những bước phát triển và ứng dụng khôngchỉ trong lĩnh vực địa lý mà trong nhiều lĩnh vực khác của khoa học và của cuộc sốnghàng ngày như: đô thị hóa, thuơng mại, phát triển cơ sở hạ tầng, bản đồ điện tử, hoạtđộng quân sự, mạng lưới điện,…Hiểu cách đơn giản nhất, GIS bao gồm các lớp thôngtin về một địa điểm nhằm tăng thêm khả năng hiểu biết về địa điểm này

Lý do chọn đề tài:

Hiện nay việc quản lý các thông số kỹ thuật thiết bị trong lưới điện thường sửdụng phương pháp truyền thống, thủ công là sử dụng Word, Excel… Với số lượng lớncác trạm biến áp cũng như các kết nối việc giám sát và quản lý là rất khó Do đó cầnthiết phải có một hệ thống sử dụng bản đồ để hiển thị số liệu một cách trực quan nhấtcho người sử dụng, hỗ trợ tìm kiếm và định vị thiết bị trong lưới điện thông qua hệthống GIS Cung cấp ứng dụng bản đồ GIS để quản lý và phân tích mạng hỗ trợ môphỏng công tác quản lý và vận hành thực tế Cung cấp một hệ thống cho phép nhiềuđối tượng tra cứu thông tin bản đồ, thông tin lưới điện trên bản đồ, theo dõi mạng trênbản đồ thông qua ứng dụng GIS

Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - GIS), đó là một hệthông tin có khả năng thu thập, cập nhật, phân tích và quản trị, biểu diễn dữ liệu địa lýphục vụ giải quyết các bài toán ứng dụng có liên quan đến vị trí địa lý trên bề mặt TráiĐất hoặc được định nghĩa như là một hệ thông tin với khả năng truy nhập, tìm kiếm,phân tích, xử lý và truy xuất dữ liệu địa lý nhằm hỗ trợ cho công tác quản lý, quyhoạch

và quản lý tài nguyên

Google cung cấp một dịch vụ bản đồ hỗ trợ chúng ta xây dựng hệ thống thôngtin địa lý đó là Google Map (GM) Hệ thống GM đã và đang được sử dụng rất phổbiến bên cạnh đó GM còn cung cấp thêm nhiều công cụ để người dùng có thể pháttriển và mở rộng thêm các ứng dụng Trên cơ sở đó, các ứng dụng khai thác dữ liệu

nền trên GM sẽ giảm được chi phí đáng kể đồng thời dữ liệu nền của GM luôn cậpnhật vả điều chỉnh ngày càng hoàn thiện hơn Quan trọng hơn cả là GM cung cấp rấtnhiều hàm mở để người dùng có thể truy vấn và truyền các tham số cần thiết để việchiển thị dữ liệu chi tiết và phù hợp với từng ứng dụng cụ thể của người dùng.

Trong việc nghiên cứu xây dựng hệ thống biểu diễn lưới điện, đồ án sẽ sử dụngGoogle Maps API để đưa đến người dùng các thông tin và hình ảnh trực quan nhất về

dữ liệu các trạm biến áp, các kết nối trạm của lưới điện

Tên đề tài:

“Tìm hiểu hệ thống quản lý lưới điện hạ thế.”

Mục đích nghiên cứu: Hỗ trợ quản lý hiện trạng hệ thống thông tin điện lực Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống GIS, hệ thống thông tin điện lực.

Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu về hệ thống thông tin địa lý GIS và ứng dụng

trong hệ thống điện trong việc quản lý hệ thống thông tin Điện Lực

Phương pháp nghiên cứu: kết hợp nghiên cứu lý thuyết và tìm hiểu về hệ thống

thông tin Điện Lực

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐIỆN LỰC1.1 Giới thiệu tổng quan về hệ thống thông tin điện lực

Hệ thống thông tin (Information System - IS) là một hệ thống mà mục tiêu tồn tạicủa nó là cung cấp thông tin phục vụ cho hoạt động của con người trong một tổ chứcnào đó Ta có thể hiểu hệ thống thông tin là hệ thống mà mối liên hệ giữa các thànhphần của nó cũng như mối liên hệ giữa nó với các hệ thống khác là sự trao đổi thôngtin

Hình 1.1: Mô hình hệ thống thông tin

Hệ thống thông tin là một hệ thống bao gồm con người, dữ liệu, các quy trình vàcông nghệ thông tin tương tác với nhau để thu thập, xử lý, lưu trữ và cung cấp thôngtin cần thiết ở đầu ra nhằm hỗ trợ cho một hệ thống Hệ thống thông tin hiện hữu dướimọi hình dạng và quy mô

Hệ thống thông tin trong một tổ chức có chức năng thu nhận và quản lý dữ liệu

để cung cấp những thông tin hữu ích nhằm hỗ trợ cho tổ chức đó và các nhân viên,khách hàng, nhà cung cấp hay đối tác của nó Ngày nay, nhiều tổ chức xem các hệ

thống thông tin là yếu tố thiết yếu giúp họ có đủ năng lực cạnh tranh và đạt đượcnhững bước tiến lớn trong hoạt động Hầu hết các tổ chức nhận thấy rằng tất cả nhânviên đều cần phải tham gia vào quá trình phát triển các hệ thống thông tin Do vậy,phát triển hệ thống thông tin là một chủ đề ít nhiều có liên quan tới bạn cho dù bạn có

ý định học tập để trở nên chuyên nghiệp trong lĩnh vực này hay không

Các HTTT có thể được phân loại theo các chức năng chúng phục vụ.

- Hệ thống xử lý giao dịch (Transaction processing system - TPS) là một hệthống thông tin có chức năng thu thập và xử lý dữ liệu về các giao dịch nghiệpvụ

- Hệ thống thông tin quản lý (Management information system - MIS) là một hệthống thông tin cung cấp thông tin cho việc báo cáo hướng quản lý dựa trênviệc xử lý giao dịch và các hoạt động của tổ chức

- Hệ thống hỗ trợ quyết định (Decision support system - DSS) là một hệ thốngthông tin vừa có thể trợ giúp xác định các thời cơ ra quyết định, vừa có thểcung cấp thông tin để trợ giúp việc ra quyết định

- Hệ thống thông tin điều hành (Excutive information system - EIS) là một hệthống thông tin hỗ trợ nhu cầu lập kế hoạch và đánh giá của các nhà quản lýđiều hành

- Hệ thống chuyên gia (Expert System) là hệ thống thông tin thu thập tri thứcchuyên môn của các chuyên gia rồi mô phỏng tri thức đó nhằm đem lại lợi íchcho người sử dụng bình thường

- Hệ thống truyền thông và cộng tác (Communication and collaboration system)

là một hệ thống thông tin làm tăng hiệu quả giao tiếp giữa các nhân viên, đốitác, khách hàng và nhà cung cấp để củng cố khả năng cộng tác giữa họ

- Hệ thống tự động văn phòng (Office automation system) là một hệ thốngthông tin hỗ trợ các hoạt động nghiệp vụ văn phòng nhằm cải thiện luồng côngviệc giữa các nhân viên

1.2 Cấu trúc và cơ sở hạ tầng hệ thống thông tin điện lực

Căn cứ trên kết cấu hiện có của Hệ thống thông tin Điện Lực Việt Nam, ta có thểnghiên cứu cấu trúc của HTTT Điện Lực Việt Nam theo mô hình phân lớp Theo môhình này, cấu trúc Hệ thống thông tin Điện Lực Việt Nam được phân thành 3 lớp rõrệt

Lớp thứ nhất: là mạng đường trục chính (bachbone)

Lớp thứ hai: là mạng đường trục các khu vực bắc, trung, nam

Lớp thứ ba: là mạng con, các mạch nhánh.

Với mỗi lớp có các đặc điểm riêng về chức năng hay kết cấu, thể hiện nét đặctrưng riêng

1.2.1 Mạng đường trục chính (bachbone)

Mạng đường trục chính sử dụng kênh truyền dẫn cáp quang dung lượng 2.5 gbps,

nó có tính chất là đường xương sống của HTTT điện lực, với tính chất trải dài dọc theođất nước qua ba miền Bắc – trung - nam từ điểm nút đầu tiên là trung tâm điều độ quốcgia A0 (Hà Nội) và điểm nút cuối là trung tâm điều độ điện lực miền Nam A2 (thànhphố Hồ Chí Minh)

Hình 1.2: Sơ đồ kết cấu mạng

Mạng đường trục chính (bachbone) HTTT Điện Lực Việt Nam

Mạng đường trục chính kết nối các các trung tâm điều độ A0, A1, A2, A3, cáctrạm biến áp 500 kV bắc-trung-nam Các nút thông tin trên mạng đường trục tạo thànhnăm mạch vòng (ring) như sau:

- Ring 1: A0 - Nho Quan: gồm các trạm: A0 - Hoà Bình - Nho Quan

- Ring 2: Nho Quan – Hà Tĩnh, gồm các trạm: Nho Quan - Thanh Hoá - Nghệ

An - Hà Tĩnh

- Ring 3: Hà Tĩnh Đà Nẵng, gồm: Hà Tĩnh Quảng Bình Quảng Trị Huế

-Đà Nẵng

- Ring 4: Đà Nẵng – Pleiku, gồm: Đà Nẵng - Quảng Nam – Kontum – Pleiku

- Ring 5: Pleiku A2, gồm: Pleiku – Kontum – Cujut – Dacklac Bình Dương Phú Lâm - A2

-1.2.2 Mạng đường khu vực

Mạng đường trục khu vực của HTTT Điện Lực Việt Nam, được chia làm 3 miềnBắc, trung, nam Mạng đường trục này nối các nút thông tin trong khu vực với các nútcác nút thông tin trên đường trục chính Các nút thông tin khu vực là các TBA-110,TBA-220 quan trọng, các nhà máy điện lớn, các điện lực

Xét về mặt địa lý, chia mạng đường trục khu vực thành 3 phần (bắc, trung, nam)nhưng nếu xét về mặt kỹ thuật thì mạng đường trục của 3 khu vực này tương đối giốngnhau

1.2.3 Mạng nhánh

Mạng nhánh là các tuyến thông tin có dung lượng nhỏ thực hiện nhiệm vụ kết nốicác công trình điện với các nút thông tin mạch đường trục khu vực Các nút thông tinmạch nhánh bao gồm các nhà máy điện có công suất nhỏ, các tba - 220kV nhánh cụthoặc có vị trí địa lý hẻo lánh cự ly liên lạc xa, các tba -110kV, các công ty điện lực,các điều độ điện lực địa phương

1.3 Hệ thống điện thông minh

1.3.1 Khái niệm

Khái niệm:

Hệ thống điện thông minh (Smart Grid) làhệ thống điệncó sử dụng các côngnghệ thông tin và truyền thông để tối ưu việc truyền dẫn, phân phối điện năng giữa nhàsản xuất và hộ tiêu thụ, hợp nhất cơ sở hạ tầng điện với cơ sở hạ tầng thông tin liênlạc Có thể coi hệ thống điện thông minh gồm có hai lớp: lớp 1 là hệ thống điện thôngthường và bên trên nó là lớp 2, hệ thống thông tin, truyền thông, đo lường

Hệ thống điện thông minh phát triển qua 4 khâu:

- Phát điện: Smart Generation

- Truyền tải: Smart Transmission

- Phân phối: Smart Distribution

- Tiêu thụ: Smart Power Consumers

Những đặc tính mà một hệ thống điện thông minh (Smart Grid) cần là:

- Khả năng tự động khôi phục cung cấp điện khi có sự cố xảy ra mất điện đốivới khách hàng

- Chống được sự tấn công cố ý đối với hệ thống cả về mặt vật lý và mạng máytính

- Trợ giúp sự phát triển các nguồn điện phân tán (phát điện, dự trữ năng lượng,cắt giảm nhu cầu…)

- Trợ giúp sự phát triển các nguồn năng lượng tái tạo

- Cung cấp khả năng nâng cao chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấpđiện

- Tối ưu hóa vận hành HTĐ để giảm chi phí sản xuất, truyền tải và phân phối kể

cả giảm chi phí đầu tư mới và nâng cấp hệ thống điện

- Công cụ cơ bản của vận hành thị trường điện rộng rãi

- Không chỉ vậy mà nó còn cần đảm bảo yếu tố thân thiện với môi trường sống:

sử dụng năng lượng xanh và hiệu quả nguồn năng lượng sử dụng một cách tốiđa

1.3.2 Chức năng của hệ thống điện thông minh

Chức năng của hệ thống điện thông minh là:

- Chống được sự tấn công cố ý đối với hệ thống cả về mặt vật lý và mạng máytính

- Giảm lượng tiêu hao năng lượng trên dây dẫn, tăng cường chất lượng điệnnăng

- Giảm chi phí sản xuất,truyền tải,chi phí nâng cấp nhờ phân hóa lượng điệntiêu thụ

- Có khả năng tụ phục hồi khi xảy ra mất điện

1.3.3 Cấu trúc của một hệ thống điện thông minh

Về cơ bản, hệ thống điện thông minh bao gồm hệ thống truyền tải, cung cấp điệnnăng hiện tại nhưng được áp dụng công nghệ thông tin và truyền thông, số hóa dữ liệu

và áp dụng các công nghệ hiện đại vào việc điều khiển, kiểm tra, giám sát.Nhằm đảmbảo an toàn,ổn định và nâng cao hiệu suất làm việc của hệ thống điện

Hệ thống điện có sẵn:

- Cơ sơ hạ tầng (nhà máy điện, trạm biến áp, trạm điều khiển )

- Hệ thống truyền tải (đường dây dẫn, cột điện, rơle bảo vệ, máy biến áp )

- Các nơi tiêu thụ điện (hộ gia đình, nhà máy, cơ quan )

Hệ thống điều khiển lấy công nghệ thông tin làm trung tâm: gồm cơ sở dữ

liệu được số hóa, các thành phần trong hệ thống được liên kết với nhau chặt chẽ thànhmột thể thống nhất có thể vận hành ổn định, tự khắc phục khi có sự cố xảy ra

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN MỘT SỐ CÔNG NGHỆ1.4 Hệ thống thông tin địa lý GIS

1.4.1 GIS là gì?

GIS ( Geographical Information Systems – Hệ thống thông tin địa lý) được hìnhthành vào những năm 1960 và phát triển rất rộng rãi cho đến nay, là một công cụ máytính để lập bản đồ và phân tích các sự vật, hiện tượng thực trên trái đất Công nghệGIS kết hợp các thao tác CSDL thông thường (như cấu trúc hỏi đáp) và các phép phântích thống kê, phân tích địa lý, trong đó phép phân tích địa lý và hình ảnh được cungcấp duy nhất từ các bản đồ Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thôngtin khác và khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau(phân tích các sự kiện, dự đoán động tác và hoạch định chiến lược)

Ngày nay, GIS là một ngành công nghiệp hàng tỷ đô la với sự tham gia của hàngtrăm nghìn người trên toàn thế giới Các chuyên gia của mọi lĩnh vực đều nhận thứcđược những ưu điểm của sự kết hợp công việc của họ và GIS

1.4.2 GIS với Việt Nam

Ở nước ta, mặc dù được biết đến từ khá sớm, nhưng mãi đến sau năm 2000.Hàng loạt chương trình GIS với sự tham gia của các trường đại học, viện nghiên cứu,các chuyên gia trong và ngoài nước đã được triển khai Trong đó tiểu biểu phải kể đến

Dự án quản lý nước sạch ở Hà Nam, Dự án quản lý nước ở Hòa Bình, Dự án thửnghiệm trong quản lý khách du lịch ở động Phong Nha hay Dự án hợp tác với đại họcQuản Nam làm về GIS của các chuyên gia Nhật Bản, Dự án quản lý lưới điện tỉnh PhúThọ…

1.4.3 Mô hình công nghệ GIS

Hình 2.3: Mô hình công nghệ GIS

Xử lýdữliệu

Dữ liệu vào: dữ liệu được nhập từ các nguồn khác nhau như: biểu diễn dữ liệu,

máy quét, hình ảnh từ vệ tinh, ảnh chụp…

Quản lý dữ liêu: sau khi dữ liệu được thu thập tổng hợp, GIS cần cung cấp cá

thiết bị có thể lưu và bảo trì dữ liệu nhằm đảm bảo: bảo mật số liệu, tích hợp số liệu,lọc và đánh giá số liệu, khả năng duy trì GIS lưu thông tin thế giới thực thành các tầng

dữ liệu riêng biệt, các tầng này đặt trong cùng mộ hệ trục tọa độ và chúng có khả năngliên kết với nhau

Xử lý dữ liệu: các thao tác xử lý dữ liệu được thực hiện để tạo ra thông tin Nó

giúp cho người sử dụng quyết định cần làm tiếp công việc gì Kết quả cảu xử lý dữliệu là tạo ra các ảnh, báo cáo và bản đồ

Phân tích và mô hình: số liệu tổng hợp và chuyển đổi chỉ là một phần của GIS.

Những yêu cầu tiếp theo là khả năng giải mã và phân tích về mặt định tính và địnhlượng thông tin đã thu thập

Dữ liệu ra: một trong các phương diện công nghệ GIS là sự thay đổi của các

phương pháp khác nhau trong đó thông tin có thể hiển thị khi nó được xử lý bằng GIS.Các phương pháp truyền thống là bảng và đồ thị có thể cung cấp bằng các bản đồ vàảnh 3 chiều

1.4.4 Các thành phần của GIS

GIS được hình thành bởi 5 thành phần chính là: phần cứng, phần mềm, dữ liệu,cong người, phương pháp

Hình 2.4: Mô phỏng hệ thống thông tin địa lý

a, Phần cứng

Là hệ thống máy tính trên đó có một hệ GIS hoạt động Ngày nay, phần mềmGIS có khả năng chạy trên rất nhiều dạng phần cứng, từ máy chủ trung tâm đến cácmáy trạm hoạt động độc lập hoặc liên kết mạng

Là các máy tính điện tử: PC, mini Computer, MainFrame,… là các thiết bị mạngcần thiết khi triển khai GIS trên môi trường mạng GIS cũng đòi hỏi các thiết bị ngoại

vi đặc biệt cho việc nhập và xuất dữ liệu như: máy số hóa (digitizer), máy vẽ ( plotter),máy quét ( scanner),…

b, Phần mềm

Hệ thống phần mềm GIS rất đa dạng Mỗi công ty xây dựng GIS đều có phầnmềm riêng của mình Tuy nhiên, có một dạng phần mềm mà các công ty phải xâydựng là DBMS địa lý Dạng phần mềm này nhằm mục đích nâng cao khả năng cho cácphần mềm CSDL thương mại trong việc: sao lưu dữ liệu, định nghĩa bảng, quản lý cácgiao dịch do đó ta có thể lưu các dữ liệu đồ địa lý duới dạng các đối tượng hình họctrực tiếp trong các cột của bảng quan hệ và nhiều công việc khác

Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và công cụ cần thiết để lưu giữ, phân tích

và hiển thị thông tin địa lý Các thành phần chính trong phần mềm GIS là:

- Công cụ nhập và thao tác trên các thông tin địa lý

- DBMS ( Database Management System)

- Công cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý

- Giao diện đồ họa người dùng (Graphical User Interface) để truy cập các công

cụ dễ dàng

c, Dữ liệu

Là thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS Các dữ liệu địa lý và dữ liệuthuộc tính liên quan có thể được người sử dụng tự tập hợp hoặc được mua từ nhà cungcấp dữ liệu thương mại Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu không gian với các nguồn dữ liệukhác, thậm chí có thể dùng DBMS để tổ chức lưu giữ và quản lý dữ liệu

Công nghệ GIS sẽ bị hạn chế nếu không có con người tham gia quản lý hệ thống

và phát triển ứng dụng GIS trong thực tế Người sử dụng GIS có thể là những chuyên

gia kỹ thuật, người thiết kế và duy trì hệ thống, hoặc những người dùng GIS để giảiquyết các vấn đề trong công việc.

Người dùng GIS là những người sử dụng các phần mềm GIS để giải quyết cácbài toán không gian theo mục đích của họ Họ thường là những người được đào tạo tốt

về lĩnh vực GIS hay là các chuyên gia

1.4.5 Cách thức làm việc của GIS

GIS lưu giữ thông tin về thế giới thực dưới dạng tập hợp các lớp chuyên đề cóliên kết với nhau nhờ các đặc điểm địa lý

1.4.5.1 Tham khảo địa lý

Các thông tin địa lý hoặc chứa những tham khảo địa lý hiện ( kinh độ, vĩ độ, tọa

độ lưới quốc gia…), hoặc chứa những tham khảo địa lý ẩn ( địa chỉ, mã bưu điện, tênvùng điều tra dân số, bộ dịnh dạng các khu vực rừng hoặc tên đường…) Mã hóa địa lý

là quá trình tự động thường được dùng để tạo ra các tham khảo địa lý hiện (vị trí bội)

từ các tham khảo địa lý ẩn Các tham khảo địa lý cho phép định vị đối tượng và sựkiện trên bề mặt trái đất phục vụ mục đích phân tích

1.4.5.2 Mô hình Vector và Raster

HTTTDL làm việc với hai dạng mô hình dữ liệu địa lý khác nhau về cơ bản: môhình Vector và mô hình Raster

a, Mô hình Vector

Trong mô hình Vector, thông tin về địa điểm, đường và vùng được mã hóa và lưudưới dạng tập hợp các tọa độ x, y Vị trí của đối tượng điểm, như lỗ khoan, có thể

được biểu diễn bở một tọa độ đơn x, y Đối tượng dạng đường, như đường giao thông,sông suối, có thể được lưu dưới dạng tập hợp các tọa độ điểm Đối tượng dạng vùng,như khu vực buôn bán hay vùng lưu vực sông, được lưu như một vòng khép kín củacác điểm tọa độ.

b, Mô hình Raster

Mô hình Vector rất hữu ích với việc mô tả các đối tượng riêng biệt, nhưng kémhiệu quả hơn trong việc miêu tả các đối tượng có sự chuyển đổi liên tục như kiểu đấthoặc chi phí ước tính cho các bệnh viện Mô hình Raster được phát triển cho môphỏng các đối tượng liên tục chuyển đổi như vậy Một ảnh Raster là một tập hợp các ôlưới Với dữ liệu Raster thì các tệp thuộc tính thông thường chứa dữ liệu liên quan đếnlớp hiện tượng tự nhiên thay cho các đối tượng rời rạc

c, Phân tích các yếu tố

Trong định dạng Vector, các đối tượng được biểu diễn bởi các đối tượng hìnhhọc cơ bản point (điểm), line ( đường), polygon ( vùng) Point dùng để xác định cácđối tượng không có hình dạng kích thước cụ thể, hay kích thước quá nhỏ so với tỉ lệbản đồ Line để xác định các đối tượng có chiều dài xác định Polygon để xác định cácvùng, miền trên mặt đất Trong định dạng này, thông tin được mô tả có tính chính xáccao đồng thời tiết kiệm không gian lưu trữ Thông tin trong định dạng Vector chủ yêuđược ứng dụng trong bài toán về mạng, hệ thống thông tin đất đai

Trong định dạng Raster, các đối tượng bản đồ biểu diễn trong một chuỗi cácđiểm ảnh trong một lưới hình chữ nhật Mỗi điểm ảnh được xác định thông qua chỉ sốhàng và cột trong lưới Trong Raster, point sẽ được biểu diễn bởi 1 điểm ảnh đơn, lineđược biểu diễn bởi một chuỗi các điểm ảnh liên tiếp nhau Polygon xác định bởi mộtnhóm các điểm ảnh kề sát nhau Dữ liệu lưu trong định dạng này rất đơn giản nhưnglại đòi hỏi dung lượng bộ nhớ lớn Raster phù hợp với các dạng dữ liệu có đường biênkhông rõ ràng Raster được ứng dụng nhiều trong phân tích bề mặt liên tục

Hình 2.6: Định dạng dữ liệu Vector và Raster.

 Hệ tọa độ địa lý và hệ tọa độ quy chiếu

Vị trí của vật thể trong không gian đều phải gắn liền với một hệ tọa độ TrongGIS, để biểu diễn dữ liệu không gian người ta thường dùng 2 hệ tọa độ là hệ tọa độ địa

lý và hệ tọa độ quy chiếu

là các đường tròn song song có tâm nằm trên truc của trái đất Giao điểm giữa kinhtuyến với vĩ tuyến tạo thành các ô lưới

Trong số các kinh tuyến và vĩ tuyến có 2 đường quan trong nhất được lấy làmgốc tọa độ đó là: vĩ tuyến có bán kính lớn nhất – xích đạo và kinh tuyến chay qua vùngGreenland nước Anh Giao điểm giữa hai đường này là gốc tọa độ

Miền giá trị của vĩ độ: -900 ÷ 900, kinh độ: -1800 ÷ 1800

Hình 2.7: Quan hệ tọa độ địa lý trực quan.

Trên đường xích đạo thì khoảng cách một độ của vĩ tuyến = khoảng cách một độcủa kinh tuyến, còn trên các vĩ tuyến khác thì khác nhau Cho nên ta không thể đochính xác được chiều dài và diện tích của đối tượng khi dữ liệu bản đồ được chiếu lênmặt phẳng

Hình 2.8: Mặt cầu (vàng) và mặt Elip

Để thuận tiện cho sử dụng người ta phải nghiên cứu cách thể hiện bề mặt trái đấttrên mặt phẳng của bản đồ Do đó phải thực hiện phép chiếu bề mặt cong của trái đấtlên mặt phẳng và hệ tọa độ quy chiếu ra đời Hệ tọa độ này luôn lấy hệ tọa độ địa lýlàm cơ sở.

Được đặc trưng bởi hai trục x, y Một điểm trên mặt phẳng được xác định bởi cặpgiá trị (x, y)

Hình 2.9: Mặt phẳng hệ tọa độ quy chiếu

Có rất nhiều phép chiếu bề mặt cong của trái đất lên mặt phẳng song song Ta cóthể hình dung: lấy một mảnh bìa cuộn xung quanh bề mặt cầu trong hệ tọa độ địa lýtheo một hình trụ đứng Từ tâm bề mặt cong ta vẽ các tia cắt các điểm giao giữa kinhtuyến, vĩ tuyến, đồng thời kéo dài cắt mặt trụ Thực chất là chiếu các ô lên bề mặtphẳng Khi ta mở tờ bìa ra thì được kết quả phép chiếu Ta thấy, các ô lưới đã thay đổikhá nhiều, co lại hoặc dãn ra Càng xa đường xích đạo thì biến dạng càng lớn Điềunày gây nên sự thay đổi về hình dạng, kích thước, khoảng cách của dữ liệu không gian

Hình 2.10: Cách chiếu bề mặt cong lên mặt phẳng

Sau đó người ta dùng các công thức toàn học để tương ứng tọa độ của bề mặtcong lên tọa độ mặt phẳng chiếu

Các phép chiếu khác nhau gây ra các biến dạng bản đồ khác nhau nên việc sửdụng phép chiếu nào là dựa vào mục đích của bản đồ và độ chính xác của dữ liệu.

1.4.6 Nhiệm vụ của GIS

Một hệ thống GIS phải đảm bảo được 6 chức năng cơ bản sau:

- Capture: thu thập dữ liệu Dữ liệu có thể lấy từ rất nhiều nguồn, có thể là

bản đồ, ảnh chụp, bản đồ số…

- Store: lưu trữ Dữ liệu có thể được lưu dưới dạng vector hay raster.

- Query: truy vấn ( tìm kiếm) Người dùng có thể truy vấn thông tin đồ họa

hiển thị trên bản đồ

- Analyze: phân tích Đây là chức năng hỗ trợ việc ra quyết định của người

dùng Xác định những tình huống có thể xảy ra khi bản đồ có sự thay đổi

- Display: hiển thị Hiển thị bản đồ.

- Output: xuất dữ liệu Hỗ trợ kết xuất dữ liệu bản đồ dưới dạng nhiều định

dạng: giấy in, Web, ảnh, file, …

Hình 2.11: Quan hệ giữa các nhóm chức năng của GIS.

1.4.7 Các bài toán ứng dụng GIS

1.4.7.1 Các lĩnh vực dùng chung, chia sẻ kỹ thuật và cung cấp dữ liệu cho GIS.

- Trắc địa: là khoa học về đo đạc và xác định vị trí của các đối tượng trên bềmặt trái đất

- Bản đồ: một hệ thống GIS liên quan đến bản đồ địa lý, hơn thế bản đồ là yếu

tố quan trọng nhất trong DBMS trong GIS

- Viễn thám: cung cấp dữ liệu cho GIS Viễn thám cho phép thu thập thông tin

về trái đất từ vệ tinh, máy bay

1.4.7.2 Các ứng dụng áp dụng công nghệ GIS như là một công cụ để quản lý, phân tích dữ liệu và trợ giúp tạo quyết định

- Quản lý và điều tra tài nguyên thiên nhiên:

 Tài nguyên nước

Thu thập

dữ liệu

Xuất dữliệu

VDU

Hiển thịPhân tích