Nghiên cứu ứng dụng GIS trong quản lý hệ thống mạng lưới điện khu vực TP. Hà Nội

DANH MỤC VIẾT TẮT GIS Geographic Information Systems Hệ thống thông tin địa lý MVA Mega Volt ampe Công suất kV Kilovolt Điện áp GDB GEODATA BASE Kho chứa dữ liệu không gian và thuộc tính

ĐỖ MINH PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIS TRONG QUẢN LÝ HỆ THỐNG

MẠNG LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC TP HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2015

ĐỖ MINH PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIS TRONG QUẢN LÝ HỆ THỐNG

MẠNG LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC TP HÀ NỘI

Chuyên ngành: HỆ THỐNG THÔNG TIN

Mã số: 60.48.01.04

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS TSKH HOÀNG ĐĂNG HẢI

HÀ NỘI - 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Đỗ Minh Phương

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô khoa Quốc tế và Đào tạo Sau đại học cùng toàn thể các thầy giáo, cô giáo Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông tham gia giảng dạy đã tạo điều kiện, truyền đạt những kiến thức nền tảng mang tính định hướng rất có ích trong quá trình làm khóa luận

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TSKH Hoàng Đăng Hải, người đã trực tiếp hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi và tận tình chỉ bảo cho em trong suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp

Bên cạnh đó, để hoàn thành luận văn này, em cũng đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, những lời động viên quý báu của các gia đình, bạn bè và đồng nghiệp Em xin chân thành cảm ơn

HỌC VIÊN

Đỗ Minh Phương

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC VIẾT TẮT iv

DANH SÁCH BẢNG v

DANH SÁCH HÌNH VẼ vi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CỦA THÀNH PHỐ HÀ NỘI 3

1.1 Khái quát về hệ thống cung cấp điện 3

1.1.1 Hiện trạng nguồn cung cấp điện 3

1.1.2 Các trạm 500-220kV 3

1.1.3 Đường dây 500-220kV 4

1.2 Hiện trạng lưới cung cấp điện 4

1.2.1 Lưới điện 110kV 4

1.2.2 Lưới điện trung áp 11

1.3 Hiện trạng tiêu thụ điện năng TP Hà Nội 12

1.4 Hiện trạng quản lý hệ thống mạng lưới điện và nhu cầu ứng dụng GIS cho công tác quản lý 14

1.5 Kết luận chương 14

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ GIS VÀ ỨNG DỤNG VÀO HỆ THỐNG THÔNG TIN QUẢN LÝ 15

2.1 Giới thiệu chung 15

2.2 Các khái niệm về hệ thống thông tin địa lý 16

2.2.1 Khái niệm về GIS 16

2.2.2 Các thành phần của GIS 17

2.2.3 Chức năng của GIS 21

2.3 Ứng dụng của GIS 22

2.3.1 Nghiên cứu quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường 22

2.3.2 Nghiên cứu điều kiện kinh tế-xã hội 23

2.3.3 Sản xuất nông nghiệp và phát triển nông thôn 23

2.3.4 Dịch vụ tài chính 24

2.3.5 Trong lĩnh vực y tế 24

2.3.6 Chính quyền địa phương 24

2.3.7 Trong lĩnh vực giao thông 25

2.4 Giới thiệu về cơ sở dữ liệu GIS 25

2.4.1 Dữ liệu GIS và tổ chức CSDL GIS 25

2.4.2 Cấu trúc CSDL trong GIS 32

2.5 Các phương pháp sắp xếp và phân tích thông tin của GIS 36

2.5.1 Phương pháp chồng xếp bản đồ 36

2.5.2 Phương pháp phân loại các thuộc tính 38

2.5.3 Phương pháp phân tích 38

2.6 Kết luận chương 40

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 41

3.1 Giới thiệu về khu vực thử nghiệm 41

3.1.1 Vị trí địa lý 41

3.1.2 Địa hình 42

3.1.3 Khí hậu, thuỷ văn 42

3.1.4 Điều kiện kinh tế - xã hội 42

3.1.5 Xác định yêu cầu bài toán quản lý hệ thống lưới điện 44

3.2 Xây dựng cấu trúc dữ liệu của bản đồ 44

3.2.1 Xây dựng dữ liệu không gian 44

3.2.2 Xây dựng dữ liệu thuộc tính 47

3.3 Xây dựng cơ sở dữ liệu 53

3.4 Các chức năng quản lý mạng lưới điện 57

3.4.1 Tìm kiếm tên các đối tượng với độ chính xác theo yêu cầu 57

3.4.2 Tìm bán kính cung cấp điện theo nhu cầu phụ tải 58

3.4.3 Tìm giao chéo giữa các đường dây 60

3.4.4 Xuất báo cáo 61

3.5 Kết luận chương 63

KẾT LUẬN 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

DANH MỤC VIẾT TẮT

GIS Geographic Information Systems Hệ thống thông tin địa lý

MVA Mega Volt ampe Công suất

kV Kilovolt Điện áp

GDB GEODATA BASE Kho chứa dữ liệu không gian và

thuộc tính

DBMS Database Management System Hệ quản trị cơ sở dữ liệu

PGDB Personal Geodatabase Mô hình Geodatabase một người

dùng

FGDB File Geodatabase File chứa dữ liệu không gian và

thuộc tính SQL Structured Query Language Ngôn ngữ truy vấn mang tính cấu

trúc NPT Trung tâm Điều độ Hệ thống điện

Quốc gia EVN Tập đoàn Điện lực Việt Nam

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1.1 Danh mục các Trạm 220kV hiện có 3

Bảng 1.2: Thống kê hiện trạng đường dây 220kV TP Hà Nội 4

Bảng 1.3: Thống kê hiện trạng vận hành các TBA 110kV do EVNHANOI quản lý 5 Bảng 1.4: Thống kê hiện trạng vận hành các TBA 110kV do NPT quản lý 7

Bảng 1.5: Tình trạng vận hành của các TBA 110kV 8

Bảng 1.6: Cơ cấu tiêu thụ điện năng thành phố Hà Nội 13

Bảng 2.1: Bảng so sánh các loại Geodatabase 31

Bảng 3.1: Lớp Giao thông 45

Bảng 3.2: Lớp Thuỷ hệ 45

Bảng 3.3: Lớp Địa hình 45

Bảng 3.4: Dân Cư, Cơ Sở Hạ Tầng 46

Bảng 3.5: Biên giới, Địa giới 46

Bảng 3.6: Lớp phủ bề mặt 46

Bảng 3.7: Quản lý hệ thống điện 47

Bảng 3.8: Bảng dữ liệu thuộc tính lớp Trạm Điện 48

Bảng 3.9: Bảng dữ liệu thuộc tính lớp Cột điện 48

Bảng 3.10: Bảng dữ liệu thuộc tính lớp Khoảng cột 50

Bảng 3.11: Bảng dữ liệu thuộc tính lớp nền địa lý lớp biên giới, địa giới 51

Bảng 3.12: Bảng dữ liệu thuộc tính lớp giao thông 51

Bảng 3.13: Bảng dữ liệu thuộc tính nền địa lý lớp thủy văn 52

Bảng 3.14: Bảng dữ liệu thuộc tính nền địa lý lớp địa hình 52

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 2.1: Ba kiểu hình học cơ bản 26

Hình 2.2: Các đối tượng hình học trong Geodatabase 28

Hình 2.3: Các định dạng Geodatabase 29

Hình 2.4: Bản đồ với mô hình dữ liệu vector 33

Hình 2.5: Bản đồ với mô hình dữ liệu raster 34

Hình 2.6: Nguyên lý khi chồng xếp các bản đồ 37

Hình 2.7: Chồng xếp các bản đồ theo phương pháp cộng 37

Hình 2.8: Một ví dụ trong việc chồng xếp các bản đồ 37

Hình 2.9: Bản đồ vùng đệm với các khoảng cách khác nhau 38

Hình 2.10: Nội suy khoảng cách vùng đệm đến dòng sông 39

Hình 3.1: Bản đồ hành chính quận Long Biên 41

Hình 3.2: Sơ đồ quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu 53

Hình 3.3: Công cụ tạo Polygon 55

Hình 3.4: Hiển thị nhãn đối tượng 56

Hình 3.5: Hệ thống quản lý mạng lưới điện quận Long Biên 57

Hình 3.6: Tìm tên Trạm điện 58

Hình 3.7: Hộp thoại Buffer 58

Hình 3.8: Kết quả thực hiện thao tác Buffer cho các Trạm Điện 59

Hình 3.9: Thao tác truy vấn tìm ra một trạm biến áp sau khi buffer 59

Hình 3.10: Bán kính cung cấp điện của một trạm điện 110kV 60

Hình 3.11: Giao chéo giữa đường dây 110kV với đường dây 22kV 61

Hình 3.12: Hộp thoại Report Winzard 62

Hình 3.13: Kết quả báo cáo thông tin về các cột điện 110kV 62

MỞ ĐẦU

Thủ đô Hà Nội là trung tâm văn hóa, kinh tế, chính trị của cả nước Cùng với những tiềm năng sẵn có, Tp Hà Nội được coi là một trong những thành phố đi tiên phong trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa Nơi đây đã thu hút một lượng lớn dân số đến học tập, sinh sống, lập nghiệp,… Do đó sự gia tăng dân số đáng kể

đã ảnh hưởng đến nhiều lĩnh vực: nhà ở, giao thông, sinh hoạt, điện, nước Như chúng ta đã biết nguồn điện đóng vai trò rất quan trọng trong việc đảm bảo khả năng hoạt động cho các thiết bị trong đời sống và sản xuất, đặc biệt là thiết bị công nghệ thông tin Đối với các thiết bị công nghệ thông tin, duy trì độ sẵn sàng cao cho

hệ thống là yêu cầu quan trọng hàng đầu, đòi hỏi nguồn điện cung cấp phải luôn ổn định và đảm bảo

Nhưng trên thực tế, nguồn điện lưới thường không đáp ứng được nhu cầu này Thường xuyên có những sự cố như mất điện, giảm áp, tăng áp do các nguyên nhân khác nhau gây giảm tuổi thọ hoặc hỏng hóc các thiết bị công nghệ thông tin

sử dụng trong hệ thống Vì vậy, các nhà quản lý cần đặc biệt quan tâm đến vấn đề chất lượng nguồn điện, tìm kiếm giải pháp nhằm đảm bảo việc cung cấp điện năng luôn ổn định Kèm theo đó, công tác quản lý hệ thống điện ngày càng trở nên cần thiết và quan trọng trong công tác quản lý ngành điện

Với việc phát triển của mạng lưới điện, công tác quản lý ngày càng khó khăn, trong khi đó việc quản lý hệ thống điện như hiện nay cần cập nhật thông tin liên tục và chính xác Công tác quản lý hệ thống điện hiện nay vẫn dựa trên nền tảng những phần mềm mang tính chất tự phát triển của các đơn vị Mỗi đơn vị có một cách khác nhau để quản lý hệ thống mạng lưới điện của địa phương mình Ngày nay, công nghệ thông tin đang phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là Hệ thống thông tin địa lý (GIS) đang trong giai đoạn bùng nổ, được ứng dụng rộng rãi trên tất cả các lĩnh vực của đời sống con người Đi tiên phong là ứng dụng GIS trong những ngành

có đối tượng liên quan trực tiếp đến không gian địa lý như: quản lý đất đai, quy hoạch sử dụng quản lý tài nguyên, quản lý đô thị,… Không những thế GIS còn mở

rộng sang nhiều ngành của đời sống, phục vụ xã hội GIS đang dần có mặt ở các lĩnh vực như: kinh tế, văn hóa, giáo dục, giao thông…đã và đang mang lại nhiều hiệu quả thiết thực Hiện nay, việc quản lý lưới điện vẫn chủ yếu dựa vào các hồ sơ lưu trữ bằng giấy tờ khiến cho việc theo dõi, giám sát, tìm kiếm và quản lý rất khó khăn Vì vậy, việc ứng dụng GIS vào quản lý một hệ thống mạng lưới điện trên toàn địa bàn thành phố Hà Nội là rất cần thiết

Trên thực tế, Tp Hà Nội là một khu vực có vị trí đặc biệt quan trọng, là trung tâm văn hoá, chính trị của cả nước và có một hệ thống lưới điện đa dạng về cấp điện áp và quy mô tuyến đường dây Nhận thức được sự cần thiết của vấn đề

trên, nên em chọn chuyên đề “Nghiên cứu ứng dụng GIS trong quản lý hệ thống

mạng lưới điện khu vực TP Hà Nội” Luận văn tập trung vào việc nghiên cứu hệ

thông thông tin địa lý, từ đó thực hiện xây dựng nguồn dữ liệu và ứng dụng vào việc quản lý hệ thống lưới điện cao thế 110kV khu vực Tp Hà Nội

Luận văn gồm 3 chương:

Chương 1: Hiện trạng hệ thống cung cấp điện của thành phố Hà Nội

Chương này của luận văn giới thiệu về hệ thống cung cấp điện của khu vực

Hà Nội và hiện trạng quản lý hệ thống cung cấp điện Từ đó, bài đề cập đến vấn đề ứng dụng GIS vào quản lý hệ thống mạng lưới điện cho Hà Nội là hết sức cần thiết

và khả thi

Chương 2: Công nghệ GIS và ứng dụng vào hệ thống thông tin quản lý

Chương này bao gồm các nội dung trình bày về hệ thống thông tin địa lý và khả năng xây dựng, tính toán cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý

Chương 3: Xây dựng cơ sở dữ liệu thử nghiệm và đánh giá

Nội dung chính của chương này là đề xuất ứng dụng hệ thống thông tin vào việc quản lý hệ thống lưới điện cho khu vực quận Long Biên – thành phố Hà Nội

Cuối cùng, luận văn nêu ra kết luận những gì đã làm được, các vấn đề còn tồn tại và hướng phát triển tiếp theo ở mục kết luận chung của luận văn

CHƯƠNG 1: HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

CỦA THÀNH PHỐ HÀ NỘI

1.1 Khái quát về hệ thống cung cấp điện

1.1.1 Hiện trạng nguồn cung cấp điện

Hiện tại, TP Hà Nội được cung cấp điện từ Hệ thống điện miền Bắc thông qua các đường dây 500-200-110kV Hệ thống điện truyền tải khu vực thủ đô Hà Nội cũng chính là lưới truyền tải xương sống của đồng bằng Sông Hồng, được cấp điện từ ba hướng: Tây Bắc từ nhà máy thủy điện Hòa Bình, Đông Bắc từ nhà máy nhiệt điện Phả Lại – Uông Bí và hướng Nam từ lưới điện 500kV liên kết với hệ thống điện miền Nam, tạo thành hệ thống truyền tải khép kín với trung tâm là thủ

đô Hà Nội [7]

1.1.2 Các trạm 500-220kV

TP Hà Nội được cấp điện từ hai trạm 200/220kV là Thường Tín (2x450)MVA và trạm Hiệp Hòa (2x900)MVA, ngoài ra còn được hỗ trợ cấp điện từ bốn đường dây 220kV thủy điện Hòa Bình đến Trên địa bàn thành phố có sáu trạm 220/110kV với tổng công suất lắp đặt là 3.500MVA Ngoài ra, trong năm 2014 sẽ đưa vào hoạt động trạm 220kV Thành Công với công suất (2x250)MVA Phụ tải cực đại toàn thành phố năm 2013 là 2.349MW [7]

Hiện nay, Tổng Công ty Điện lực Hà Nội đã hoàn thành lắp đặt máy biến áp thứ ba công suất 250MVA cho các trạm 220kV Hà Đông, Chèm và Mai Động

Bảng 1.1 Danh mục các Trạm 220kV hiện có

220KV

Sđm (MVA)

Pmax (MW)

Mang tải

1 Chèm 3x250 660 97,7 Đầy tải

2 Hà Đông 3x250 660 97,7 Đầy tải

3 Mai Động 3x250 600 88,9 Đầy tải

4 Xuân Mai 2x125 180 80,0 Bình thường

5 Sóc Sơn 2x250 330 97,0 Bình thường

6 Vân Trì 2x250 150 33,3 Non tải

Nguồn: Viện Năng Lượng (2014) [7]

1.1.3 Đường dây 500-220kV

Hiện tại, Hà Nội được cấp điện từ đường dây 500kV Nho Quan – Thường Tín chiều dài 74km dây dẫn ACSR-4x330 tải điện từ nhiệt điện Quảng Ninh cấp cho Tp Hà Nội và các tỉnh lân cận Ngoài nhiệm vụ truyền tải điện, đường dây này còn có tác dụng tăng độ tin cậy của lưới điện 500kV cấp điện cho Hà Nội

Bảng 1.2: Thống kê hiện trạng đường dây 220kV TP Hà Nội

TT Đường dây 220kV Dây dẫn

Chiều dài (km)

Pmax (MW) % tải Ghi chú

1 Hòa Bình – Hà Đông AC-500 65 350 101,2 Quá tải

2 Hòa Bình – Hà Đông AC-500 61 353 102,0 Quá tải

3 Hòa Bình – Xuân Mai GZTAC 410 39.5 340 60,0

4 Hòa Bình – Chèm AC-500 74 311 95,5 Đầy tải

5 Phủ Lý – Hà Đông AC-300 75 210 83,0 Gần đầy

6 Thường Tín – Hà Đông 2xAC-400 14 400 66,0

7 Thường Tín – Mai Động 2xAC-400 14,4 600 99,0 Đầy tải

8 Hà Đông – Chèm AC-500 15 300 86,7

9 Xuân Mai – Hà Đông AC-500 25 227 69,7

10 Sóc Sơn – Vân Trì 2xAC 330 27,6 150 27,9

Nguồn: Viện Năng Lượng (2014) [7]

1.2 Hiện trạng lưới cung cấp điện

1.2.1 Lưới điện 110kV

Tp Hà Nội hiện đang được cấp điện từ 40 TBA 110kV bao gồm 81 MBA với tổng công suất đặt là 4.390 MVA do Tổng Công ty Điện lực Thành phố Hà Nội (EVNHANOI) và Công ty Truyền tải 1 - Tổng Công ty Truyền tải Quốc gia (NPT) cùng quản lý cấp điện cho các phụ tải trong Thành phố Hà Nội Trong đó phần lớn các trạm đang vận hành đầy và quá tải, trạm 110kV Linh Đàm vừa nâng công suất lên (2x63)MVA

Bảng 1.3: Thống kê hiện trạng vận hành các TBA 110kV do EVNHANOI quản lý

TT Tên trạm

Ký hiệu

Số lượng MBA

Cấp điện áp (kV)

Dung lượng (MVA)

Tỷ lệ công suất

1 Đông Anh

(E1)

T1 115/38,5/23(11) 63 100/100/100(33,3) T2 115/38,5/23 63 100/100/100 T3 115/38,5/23(11) 63 100/100/100(33,3)

2 Gia Lâm

(E2)

T1 115/38,5/22(11) 63 100/75/100 T2 115/38,5/22(11) 63 100/75/100 T3 115/38,5/23(11) 63 100/100/100(33,3)

4 Yên Phụ

(E8)

T1 115/23(6,3) 63 100/100(36,8) T2 115/23/6,3 63 100/100/63

5 Nghĩa Đô

(E9)

T1 115/23/6,6 63 100/100/33,3 T2 115/38,5/23/10,5(6,3) 63 100/71/100/33(20) T3 110/23/10,5 40 100/100/40

6 Văn Điển

(E10)

T1 115/38,5/23(11) 63 100/100/100 T2 115/23/6,3 63 100/100/63

7 Trần Hưng

Đạo (E12)

T1 115/23/10,5 63 100/100/100 T2 115/23/10,5 63 100/100/100

9 Giám

(E14)

T1 115/23/6,3 63 100/100/32 T2 115/23/10,5 63 100/100/32

10 Sài Đồng

(E15)

T1 115/22(6,6) 40 100/100 T2 115/23(6,6) 40 100/100

11 Nội Bài

(E16)

T1 115/22/6,6 40 100/100/40 T2 115/23/10,5 40 100/100/50

12 Bắc Thăng

Long (E17)

T1 115/23(6,3) 50 100/100 T2 115/23(6,3) 50 100/100 T3 115/23(6,3) 50 100/100

13 Bờ Hồ

(E18)

T1 115/23(6,3) 63 100/100(50) T2 115/23(6,3) 63 100/100(33 3)

TT Tên trạm

Ký hiệu

Số lượng MBA

Cấp điện áp (kV)

Dung lượng (MVA)

Tỷ lệ công suất

15 Nhật Tân

(E21)

T1 115/23(6,3) 63 100/100(33,3) T2 115/23(6,3) 63 100/100

17 Vân Trì

(E24)

T1 115/23(6,3) 40 100/100 T2 115/23(6,3) 40 100/100

18 Mỹ Đình

(E25)

T1 115/23(6,3) 63 100/100 T2 115/23(6,3) 63 100/100

19 Sơn Tây

(E1.7)

T1 115/38,5/23(11) 40 100/100/100(50) T2 115/38,5/11 40 100/100/75 T3 115/38,5/11 25 100/100/100

20 Vân Đình

(E10.2)

T1 115/38,5/23(11) 63 100/100/100(33,3) T2 110/38,5/23(11) 40 100/100/100(37,5)

21 Tía

(E10.4)

T1 115/38,5/23 63 100/63,5/100 T2 110/38,5/23 40 100/100/100

22 Phúc Thọ

(E10.6)

T1 115/38,5/23 40 100/100/100 T2 110/38,5/23 40 100/70/100

26 Linh Đàm

(E1.26)

T1 115/23/6,3 63 100/100/33,3 T2 110/23/6.6 40 100/100/40

27 Phùng Xá

(E1.28)

T1 115/38,5/23(10,5) 40 100/62,5/100 T2 110/38,5/23 40 100/63/100

28 Văn Quán

(E1.30)

T1 115/38,5/23 40 100/50/100 T2 115/38,5/22 25 100/100/100 T3 115/38,5/23 40 100/100/100

29 Trôi

(E1.31)

T1 115/38,5/22 40 100/100/100 T2 110/23(6,3) 40 100/100/100

30 Thường Tín

(E1.32) T1

115/38,5/23 40 100/100/100

31 Cầu Diễn T1 115/23(6,3) 63 100/100/33,3

TT Tên trạm

Ký hiệu

Số lượng MBA

Cấp điện áp (kV)

Dung lượng (MVA)

Nguồn: Viện Năng Lượng (2014) [7]

Bảng 1.4: Thống kê hiện trạng vận hành các TBA 110kV do NPT quản lý

TT Tên trạm

Ký hiệu Số lượng MBA

Cấp điện áp (KV)

Dung lượng (MVA)

Tỷ lệ công suất

1 Mai Động

(E3)

T1 115/38,5/6,6 63 100/100/63,5 T2 115/23/6,6 40 100/100/100 T5 115/38,5/6,6 63 100/100/100

4 Thành Công

(E11)

T1 115/23/11 63 100/100/39,68 T2 115/23/11 63 100/100/39,68

5 Hà Đông

(E14)

T1 115/38,5/23 63 100/100/100 T2 115/23/23 63 100/100/100 T6 115/11/6,3 25 100/100/100

6 Xuân Mai

(E10.5)

AT1 115/23/11 63 100/100/39,68 AT2 115/23/11 63 100/100/39,68

Nguồn: Viện Năng Lượng (2014) [7]

Bảng 1.5: Tình trạng vận hành của các TBA 110kV

T

T

Tên trạm

Ký hiệu

A Thông số vận hành (trung bình theo ngày)

P (MVA)

Q (MVAR)

P (MVA)

Q

(MVAR)

P (MVA)

Q

(MVAR)

P

(MVA)

Q

(MVAR)

1 Đông Anh

(E1)

T1 29,2 3,9

T2 24,7 3,9

T3 5,7 3,8 30,5 1,7

2 Gia Lâm (E2) T1 19,3 0,5 17,6 (-0,5)

T2 18,9 3,9 15,2 12,6

T3 16,1 5,2 17,2 2,2

3 Thượng Đình (E5) T1 46,3 10

T2 46,1 9,9

T3 14,6 8,0 4 Yên Phụ (E8) T1 45,1 2,9

T2 40 2,5

5 Nghĩa Đô (E9) T1 36,9

T2 32,2

T3 4,3

6 Văn Điển (E10) T1 25,2 8 6,4 2

T2 25.2 8,2 6,3 1,5 7 Trần Hưng Đạo (E12) T1 35,5 8,7

T2 19,5 4,7

8 Phương Liệt (E13) T1 30,3 2,7

T2 32

9 Giám (E14) T1 46,1 26,1

T2 41,1 4,7

10 Sài Đồng (E15) T1 16,9

T2 17,2 1,7

11 Nội Bài T1 22

T

Tên trạm

Ký hiệu

A Thông số vận hành (trung bình theo ngày)

P (MVA)

Q (MVAR)

P (MVA)

Q

(MVAR)

P (MVA)

Q

(MVAR)

P

(MVA)

Q

(MVAR)

(E16) T2 16.8

12 Bắc Thăng Long (E17) T1 23,2

T2 25,9

T3 21,5 4,7

13 Bờ Hồ (E18) T1 32,4 0,5

T2 23

14 Thanh Xuân (E20) T1 39,8

T2 29,8

15 Nhật Tân (21) T1 40,9 9,2

T2 50,3 13,9

16 Thanh Nhàn (E22) T1 38,8 2,9

T2 35,7 4,1

17 Vân Trì (E24) T1 14,6

T2 22,5

18 Mỹ Đình (E25) T1 33,5 6,6

T2 36,3 5,3

19 Sơn Tây (E1.7) T1 8,8 2,7 12 2,6

T2 9,2 0,9 7,7 1,5

T3 14,5 2,9

20 Vân Đình (E10.2) T1 30,5 4,9

T2 19,2 4,9

21 Tía (E10.4) T1 22,5 3,1 3,5 0,4

T2 20,7 1,3 3 0,1

22 Phúc Thọ (E10.6) T1 17,6 4,7

T2 14,7 2,9 8,3 1.0

23 Thạch Thất T1 5,9 0,1 11,5 2,5

T

Tên trạm

Ký hiệu

A Thông số vận hành (trung bình theo ngày)

P (MVA)

Q (MVAR)

P (MVA)

Q

(MVAR)

P (MVA)

Q

(MVAR)

P

(MVA)

Q

(MVAR)

(E10.7)

24 Di Động

(E10.8) T1 5,3 0,1

25 Xuân Mai (E10.9) T1 20,8 2,8

T2 9,7 3,6

26 Linh Đàm (E1.26) T1 14,0 (-4.1)

T2 22,7 (-2.7)

27 Phùng Xá (E1.28) T1 3,5 3,5 22,9 6,6

T2 8 2,7 20,4 6,4

28 Văn Quán T1 30,9 8,8

T2 6,1 1.7

29 Trôi (E1.31) T1 18,3 1,1

T2 10 2,1

30 Thường Tín (E1.32) T1 10,6 3,3 7,4 1,4

31 Cẩu Diễn (E1.33) T1 26,5 4,8

32 Quang Minh (E1.36) T1 8,9 2,3 7,4 0,3

33 Bắc An Khánh (E1.36) T1 6,3

34 Gia Lâm 2 (E1.38) T1 26 6,4

36 Thành Công (E11) T1 36,6 6,1 2.9 0.6

T2 25,4 3,2 2.7 0,3

37 Sóc Sơn (E19) T3 15 4,9

T4 9,1 2,8

38 Mai Động T1 45,3 10,8

T2 2,6 0.8

Q (MVAR)

P (MVA)

Q

(MVAR)

P (MVA)

40 Chèm (E6.2) T3 11,2 1,1 9,1 1,2

T4 27,9 6,2 14,9 1,4

Nguồn: Viện Năng Lượng (2014) [7]

1.2.2 Lưới điện trung áp

Lưới điện trung thế của TP Hà Nội đang tồn tại song song bốn cấp điện áp: 35kV, 22kV, 10kV và 6kV Trong đó phần lớn là lưới 35, 22 và 10kV, lưới 6kV chỉ còn chiếm một phần rất nhỏ Tổng chiều dài đường dây trung thế Hà Nội hiện có là khoảng 7.768km, trong đó 5.33 là đường dây trên không, 2.437km cáp ngầm Toàn thành phố có 14.062 trạm biến áp phân phối với tổng dung lượng là 5.625MVA Ngoài ra trên địa bàn thành phố Hà Nội còn 50 trạm trung gian với tổng dung lượng

là 387,5 MVA [7]

Lưới điện 35kV hiện đang vận hành có khối lượng khá lớn, trải rộng trên địa bàn thuộc khu vực Hà Tây cũ và các huyện ngoại thành Hà Nội cũ Tổng dung lượng lưới 35kV bao gồm 2.496km đường dây và 1.451,76MVA trạm 35/0,4kV

Lưới điện 22kV hiện tại phát triển khá mạnh, tập trung ở khu vực nội thành các khu công nghiệp và đô thị Tổng dung lượng lưới 22kV bao gồm 3365km đường dây và 5.462,78MVA trạm phân phối 22/0,4kV

Lưới điện 10kV phân bố cả trên khu vực nội và ngoại thành Tổng dung lượng lưới 10kV bao gồm 1.481km đường dây và 573,99MVA trạm phân phối 10/0,4kV

Lưới điện 6kV tuy có tỷ trọng thấp nhất nhưng khối lượng vẫn còn tương đối nhiều, tập trung ở khu vực nội thành chưa cải tạo hết, khu vực ngoại thành Hà Nội

cũ và khu vực Hà Đông, Kim Bài (huyện Thanh Oai) thuộc Hà Tây cũ Tổng dung lượng lưới 6kV bao gồm 428km đường dây và 140,67MVA trạm phân phối 6/0,4kV [7]

1.3 Hiện trạng tiêu thụ điện năng TP Hà Nội

Năm 2013 điện thương phẩm toàn thành phố đạt 11,283 tỉ kWh tăng 6,56%

so với năm 2012, tốc độ tăng trưởng điện thương phẩm giai đoạn 2011 – 2013 đạt 8,20%/năm thấp hơn so với dự báo 2011 – 2015 là 12,7% Điều này phản ánh đúng trong giai đoạn 2010 – 2013 kinh tế thế giới cũng như kinh tế Việt Nam chịu ảnh hưởng của cuộc khủng hoảng kinh tế và Hà Nội không phải là một ngoại lệ Khủng hoảng kinh tế thế giới khiến nhiều công ty liên doanh nước ngoài trên địa bàn thành phố giảm nhu cầu sản xuất kinh doanh, các nhà đầu tư không tiếp tục đầu tư mở rộng cơ sở sản xuất vào các khu công nghiệp, cụ công nghiệp trên địa bàn dẫn đến tốc độ tăng trưởng điệnt hương phẩm thành phố chậm lại Trong giai đoạn tới nền kinh tế đã có dấu hiệu hồi phục sẽ đẩy tốc độ tăng trưởng điện thương phẩm thành phố tăng trưởng cao

Sáu tháng đầu năm 2014, Tổng công ty Điện lực TP Hà Nội (EVNHANOI) điện đầu nguồn đạt 6.368,51 triệu kWh tăng 7,63% so với cùng kỳ năm 2013; Điện thương phẩm: đạt 5.889,54 triệu kWh tăng 8,37% so với cùng kỳ năm 2013; Tiết kiệm điện đạt 129,57 triệu kWh (tương đương 2,2% tổng thương phẩm); Tỷ lệ tổn thất điện năng đạt 6,27% thấp hơn cùng kỳ năm 2013 là 0,81% và thấp hơn kế hoạch năm của Tổng công ty là 0,23% Hoàn thành đóng điện đưa vào vận hành 8 công trình 110kV trọng điểm (trong đó 06 công trình nâng công suất TBA 110kV

và 02 cải tạo đường dây 110kV) với 6 MBA có tổng dung lượng 204 MVA và 19,7km đường dây [7]

Điện thương phẩm ước đạt 11.283,29 triệu kWh (tăng 6,56% so với 2013), doanh thu ước đạt 18.646,96 tỷ đồng (tăng 17,1% so với 2012), tỷ lệ tổn thất điện năng ước là 6,65% (giảm 0,45% so với kế hoạch EVN giao), tiết kiệm điện ước đạt 284,1 triệu kWh (tương đương 2,52% điện thương phẩm) [7]

Bảng 1.6: Cơ cấu tiêu thụ điện năng thành phố Hà Nội

1 Công nghiệp - xây dựng 2.897,92 32,53 3.061,61 32,18 3.285,75 31,03 3.533,80 31,32

2 Nông- Lâm- Thuỷ sản 83,03 2,17 70,26 0,74 80,21 0,76 82,53 0,73

3 Thương mại, khách sạn, Ngân hàng 629,21 7,06 673,57 7,08 764,68 7,22 790,84 7,01

4 Quản lý tiêu dùng dân cư 4.779,24 53,65 5.154,72 54,18 5.843,49 55,19 6.222,26 55,15

1.4 Hiện trạng quản lý hệ thống mạng lưới điện và nhu cầu ứng dụng GIS cho công tác quản lý

Hiện nay, thành phố Hà Nội với đặc thù có nhiều cấp điện áp nên việc quản

lý một hệ thống là vô cùng phức tạp Đối với hệ thống lưới điện 500kV do Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia (A0) quản lý Các cấp điện áp khác được phân phối đều về các địa phương cấp Huyện quản lý Tuy nhiên, công tác quản lý vẫn còn nhiều bất cập và chưa thống nhất Hiện nay, việc quản lý lưới điện vẫn chủ yếu dựa vào các hồ sơ lưu trữ bằng giấy tờ khiến cho việc quản lý, tìm kiếm rất khó khăn trong công tác quản lý Với sự phát triển của mạng lưới điện, tính phức tạp của

hệ thống lưới điện, công tác quản lý hệ thống điện ngày càng trở nên cần thiết và quan trọng trong công tác quản lý ngành điện

Việc ứng dụng công nghệ thông tin vào quản lý hệ thống lưới điện là vô cùng cần thiết nhằm nâng cao hơn nữa hiệu quả của công tác quản lý, giảm bớt những thiếu sót khách quan do nhân viên vận hành có thể gây ra Một hệ thống quản lý mạng lưới điện sẽ giúp cho các đơn vị cấp Quận (Huyện) chủ động trong công tác quản lý, quy hoạch và phân phối điện một cách hiệu quả, chính xác và kịp thời

Công tác quản lý hệ thống điện hiện nay vẫn dựa trên nền tảng những phần mềm mang tính chất tự phát triển từng đơn vị với từng cách khác nhau để quản lý

hệ thống mạng lưới điện của địa phương mình Ngày nay, hệ thống thông tin địa lý (GIS) đang trong giai đoạn phát triển bùng nổ, được ứng dụng rộng rãi trên tất cả các lĩnh vực của đời sống con người, mở ra một khả năng ứng dụng hiệu quả cho công tác quản lý hệ thống mạng lưới điện trên toàn địa bàn thành phố Hà Nội

1.5 Kết luận chương

Chương 1 đã trình bày về hiện trạng hệ thống cung cấp điện của khu vực Hà Nội và hiện trạng công tác quản lý mạng lưới điện Bài đã trình bày nhu cầu cần thiết ứng dụng GIS vào quản lý hệ thống mạng lưới điện và tính khả thi của ứng dụng

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ GIS VÀ ỨNG DỤNG VÀO HỆ

THỐNG THÔNG TIN QUẢN LÝ

2.1 Giới thiệu chung

Từ xa xưa, con người đã có nhu cầu sử dụng các thông tin ở dạng sơ đồ, bản

đồ trong các cuộc chiến tranh mở rộng hay bảo vệ lãnh thổ, trong các chuyến đi đường dài buôn bán trao đổi hàng hóa, trong những cuộc thám hiểm tìm kiếm những vùng đất mới v.v và cũng từ rất lâu rồi, con người đã biết cách biểu diễn các thông tin địa lý lên trên các mặt phẳng như tấm vải, tấm da động vật, gỗ, tre, giấy, v.v Họ đã thu nhỏ địa hình, địa vật theo một tỷ lệ chiều dài nào đó rồi biểu diễn chúng trên mặt phẳng, sử dụng một hệ thống các ký hiệu quy ước để thể hiện các địa hình, địa vật, các sự vật hiện tượng trên đó Dần dần, các thông tin bản đồ ngày càng có ý nghĩa trong đời sống của con người Trong tất cả các lĩnh vực, từ quân sự, kinh tế, văn hóa, quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường, trong quy hoạch xây dựng đô thị, dân cư, v.v đều cần sử dụng các thông tin bản đồ

Sau khi công nghệ thông tin ra đời một thời gian, tốc độ xử lý và bộ nhớ cho phép xử lý dữ liệu với các thông tin địa lý thì GIS ra đời

Những năm đầu của thập kỷ 60 (1963-1964) các nhà khoa học Canada đã xây dựng hệ GIS đầu tiên với tên gọi “Canada Geographic Information System”, được sử dụng trong công tác quản lý tài nguyên ở Canada

Trong những năm của thập kỷ 70, công nghệ phần cứng máy tính phát triển, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của GIS (giá thành máy tính giảm, tốc độ

xử lý và dung lượng bộ nhớ tăng lên ) Nhờ đó mà GIS dần được thương mại hóa Đứng đầu trong lĩnh vực thương mại hóa phải kể đến các cơ quan, các công ty như ESRI, Intergraph, GIMNS, v.v

Trong những năm của thập kỷ 80, nhu cầu sử dụng GIS trong các lĩnh vực khác nhau tăng lên nhanh chóng cả về chiều rộng lẫn chiều sâu Ngoài phục vụ cho công tác điều tra và quản lý tài nguyên, các lĩnh vực khác như khảo sát thị trường,

đánh giá khả thi các phương án quy hoạch, sử dụng tối ưu các nguồn tài nguvên; các bài toán giao thông cấp thoát nước, mạng cáp trong bưu điện, quản lý đất đai, đều có nhu cầu lớn

Sang đến những năm đầu của thập niên 90, con người đã đạt được những thành tựu to lớn trong kỹ thuật viễn thám Kỹ thuật này cho phép thu thập thông tin

từ xa trên diện rộng như sử dụng các tấm ảnh vệ tinh và ảnh hàng không Thêm vào

đó, những bước tiến nhanh chóng trong kỹ thuật chế tạo máy tính giúp con người có thể xử lý một khối lượng thông tin khổng lồ trong khoảng thời gian ngắn

Ở Việt Nam, công nghệ GIS được đưa vào nghiên cứu và sử dụng vào khoảng những năm 90, chủ yếu là sau khi Mỹ xóa bỏ cấm vận Việt Nam (1994) Từ

đó trở đi, công nghệ GIS đã được nhiều cá nhân và tập thể nghiên cứu, ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau Các phần mềm GIS được sử dụng ở nước ta rất đa dạng và chủ yếu là các phần mềm thương mại ngoại nhập, như: Arc/Info, Arc View, ArcGIS (của ESRI); MGE, Geomedia (của Intergraph); Maplnfo (của Maplnfo); IDRSI (của Đại học Clark); GRASS (phần mềm mã nguồn mở do nhiều tổ chức phát triển); SIS (thông tin không gian của Cadcorp); ILWIS, ER Mapper, v.v

2.2 Các khái niệm về hệ thống thông tin địa lý

2.2.1 Khái niệm về GIS

GIS là từ viết tắt của thuật ngữ: Geographic Information System là hệ thống thông tin địa lý được hình thành từ ba khái niệm “Địa lý, thông tin, hệ thống” Cùng với sự hình thành và phát triển của GIS, có nhiều định nghĩa khác nhau được đưa ra

- Theo ESRI, tập đoàn nghiên cứu và phát triển các phần mềm GIS nổi tiếng [8], GIS là một tập hợp có tổ chức bao gồm hệ thống phần cứng, phần mềm máy tính, dữ liệu địa lý và con người được thiết kế nhằm mục đích nắm bắt, lưu trữ cập nhật, điều khiển, phân tích và hiển thị tất cả các dạng thông tin có liên quan đến vị trí địa lý

- Theo GS.Shunjin Murai, người đã có hơn 40 năm làm việc trong lĩnh vực viễn thám và GIS, GIS là một hệ thống thông tin được sử dụng để nhập, lưu trữ,

truy vấn thao tác, phân tích và xuất ra các dữ liệu có tham chiếu địa lý hoặc dữ liệu địa không gian; hỗ trợ ra quyết định trong việc quy hoạch và quản lý về sử dụng đất

và tài nguyên thiên nhiên, môi trường, giao thông, các tiện ích đô thị và nhiều lĩnh vực quản lý khác [10]

Như vậy: GIS là một hệ thống thông tin có khả năng xây dựng, cập nhật, lưu trữ, truy vấn, xử lý, phân tích và xuất ra các dữ liệu có liên quan đến vị trí địa lý, nhằm hỗ trợ ra quyết định trong các công tác quy hoạch và quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường

Cho đến nay các quan điểm về GIS đã thống nhất chung như sau: “Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống kết hợp giữa con người và hệ thống máy tính cùng các thiết bị ngoại vi để lưu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị các thông tin địa lý để phục

vụ một mục đích nghiên cứu nhất định”

Hệ thống phần mềm trong Hệ thống thông tin địa lý có thể kết nối thông tin

về vị trí địa lý của sự vật với những thông tin của bản thân sự vật, khác với bản đồ trên giấy, Hệ thống thông tin địa lý có thể tổ hợp nhiều lớp thông tin, mỗi loại thông tin trên bản đồ có thể tổ hợp nhiều lớp thông tin riêng, người sử dụng có thể bật hoặc tắt các lớp thông tin theo nhu cầu của mình

số liệu (Optical cartridges, CD ROM v.v )

a) Bộ xử lý trung tâm (CPU)

Bộ xử lý trung tâm hay còn gọi là CPU, là phần cứng quan trọng nhất của vi tính CPU không những thực hành tính toán trên dữ liệu, mà còn điều khiển sắp đặt

phần cứng khác Mặc dù bộ vi xử lý hiện đại rất nhỏ chỉ khoảng 5mm2 nhưng nó có khả năng thực hiện hàng triệu thông tin trong một giây

b) Bộ nhớ trong (RAM)

Tất cả máy vi tính có một bộ nhớ trong mà chức năng giống như “không gian làm việc” cho chương trình và dữ liệu Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên (RAM) có khả

năng giữ một giới hạn số lượng dữ liệu ở một số hạng thời gian

c) Bộ sắp xếp và lưu trữ ngoài (Harddisk, DVD, CD)

Sự gia tăng các thiết bị lưu trữ lớn như hiện nay làm cho người dùng dễ dàng

có thể lựa chọn được các thiết bị lưu trữ phù hợp với nhu cầu sử dụng của mình

d) Các bộ phận dùng để nhập dữ liệu (Input devices)

Sử dụng để đưa dữ liệu vào cơ sở dữ liệu Chúng có thể là: các ổ đọc dữ liệu, bàn số hóa dùng để tạo dữ liệu vector, máy quét ảnh dùng để tạo dữ liệu raster, các

thiết bị thu nhận thông tin điện tử, …

- Công cụ nhập và kiểm tra dữ liệu (Data input): 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 CSDL địa lý

- Lưu trữ và quản lý dữ liệu (Geographic database): Lưu trữ và quản lý CSDL

đề cập đến phương pháp kết nối thông tin vị trí và thông tin thuộc tính của các đối tượng địa lý

- Biến đổi dữ liệu (data transfomation): Biến đổi dữ liệu gồm 02 lớp điều hành nhằm mục đích khắc phục lỗi từ dữ liệu và cập nhật chúng Biến đổi dữ liệu có thể 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 (Query input): Giao tiếp với người dùng là yếu tố rất quan trọng của bất kỳ hệ thống thông tin nào Các giao diện người dùng là một

hệ hống thông 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 ArcInfo, MapInfo, ILWIS, WinGIS, SPANS, IDRISI, [4] Hiện nay có rất nhiều phần mềm máy tính chuyên biệt cho GIS, bao gồm các phần mềm như sau [4]:

- Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý số liệu thông tin địa lý: ArcInfo, SPANS, ERDAS-Imagine, ILWIS, MGE/Microstation, IDRISI, WinGIS,

- Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý và quản lý các thông tin địa lý: Mapper, Atlas GIS, ArcView, MapInfo,

ER-2.2.2.3 Dữ liệu

a) Dữ liệu bản đồ

Là những mô tả hình ảnh bản đồ được số hoá theo một khuôn dạng nhất định

mà máy tính hiểu được Hệ thống thông tin địa lý dùng CSDL này để xuất ra các bản đồ trên màn hình hoặc các thiết bị ngoại vi khác

- Dữ liệu Vector: Được trình bày dưới dạng điểm, đường và diện tích, mỗi dạng có liên quan đến một số liệu thuộc tính được lưu trữ trong CSDL

- Dữ liệu Raster: Được trình bày dưới dạng lưới ô vuông hay ô chữ nhật đều nhau, giá trị được ấn định cho mỗi ô sẽ chỉ định giá trị của thuộc tính (số liệu của ảnh hàng không, ảnh vệ tinh, số liệu bản đồ được quét ảnh là các loại số liệu dạng Raster)

b) Dữ liệu thuộc tính

Được trình bày dưới dạng các ký tự hoặc số hoặc ký hiệu để mô tả các thuộc tính của các thông tin thuộc về đối tượng địa lý Trong các dạng số liệu trên, số liệu Vector là dạng thường sử dụng nhiều nhất Tuy nhiên số liệu Raster rất hữu ích để

mô tả các dãy số liệu có tính liên tục như nhiệt độ, độ cao, và thực hiện các phân tích không gian số liệu Còn số liệu thuộc tính được dùng để mô tả CSDL Có nhiều cách để nhập số liệu nhưng cách thông thường nhất hiện nay là số hoá (Digitizing) bằng bàn số hoá (Digitizer), hoặc thông qua việc sử dụng máy quét ảnh (Scanner)

2.2.2.4 Con người

Là mô ̣t trong những hợp phần rất quan trọng của công nghê ̣ GIS, đòi hỏi những chuyên viên hướng dẫn sử du ̣ng hê ̣ thống để thực hiê ̣n các chức năng phân tích và xử lý các số liê ̣u Đòi hỏi phải thông tha ̣o về viê ̣c thực hiê ̣n các công cu ̣ GIS để sử du ̣ng, có kiến thức về các số liê ̣u đang sử du ̣ng và thông hiểu các tiến trình đang và sẽ thực hiê ̣n

2.2.2.5 Chính sách và quản lý

Đây là thành phần rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoa ̣t đô ̣ng của hê ̣ thống, là yếu tố quyết đi ̣nh sự thành công của viê ̣c phát triển công nghê ̣ GIS Hê ̣ thống GIS cần được điều hành bởi mô ̣t bô ̣ phâ ̣n quản lý, bô ̣ phâ ̣n này phải được bổ nhiê ̣m để tổ chức hoa ̣t đô ̣ng hê ̣ thống GIS mô ̣t cách có hiê ̣u quả để phu ̣c vu ̣ người sử du ̣ng thông tin

Để hoa ̣t đô ̣ng thành công hê ̣ thống GIS phải được đặt trong một khung tổ chức phù hợp và phải có hướng dẫn cần thiết để quản lý, thu thập, lưu trữ và phân tích số liệu, đồng thời có khả năng phát triển được hệ GIS theo nhu cầu Hệ thống GIS cần được điều hành bởi một bộ phận quản lý, bộ phận này cần được bổ nhiệm

để tổ chức hoạt động hệ thống thông tin địa lý GIS một cách có hiệu quả để phục vụ người sử dụng thông tin Trong quá trình hoạt động, mục đích chỉ có thể đạt được

và tính hiệu quả trong kỹ thuật GIS chỉ được minh chứng khi công cụ này có thể hỗ trợ những người sử dụng thông tin để giúp họ thực hiện được những mục tiêu công việc Ngoài ra việc phối hợp giữa các cơ quan chức năng có liên quan cũng phải được đặt ra nhằm gia tăng hiệu quả sử dụng của GIS cũng như các nguồn số liệu hiện có

Như vậy, trong năm thành phần của GIS, chính sách và quản lý đóng vai trò rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt động của hệ thống, đây là yếu tố quyết định sự thành công của việc phát triển công nghệ GIS

Trong phối hợp và vận hành các thành phần của hệ thống GIS nhằm đưa vào hoạt động có hiệu quả kỹ thuật GIS, hai yếu tố huấn luyện và chính sách - quản lý là

cơ sở của thành công Việc huấn luyện các phương pháp sử dụng hệ thống GIS sẽ cho phép kết hợp các phần: Phần thiết bị, Phần mềm, Con người và Dữ liệu với nhau để đưa vào vận hành Tuy nhiên, yếu tố chính sách và quản lý sẽ có tác động đến toàn bộ các thành phần nói trên, đồng thời quyết định đến sự thành công của hoạt động GIS

2.2.3 Chức năng của GIS

Một hệ thống thông tin địa lý có các chức năng cơ bản như: Nhập dữ liệu, Quản lý dữ liệu, Phân tích dữ liệu, Xuất dữ liệu Có thể khái quát các chức năng đó như sau:

Nhập dữ liệu: Nhập dữ liệu là một chức năng của GIS qua đó dữ liệu dưới

dạng tương tự hay dạng số được biến đổi sang dạng số có thể sử dụng được bằng GIS Việc nhập dữ liệu được thực hiện nhờ vào các thiết bị như bàn số hóa, máy quét, bàn phím và các chương trình hay môđun nhập và chuyển đổi dữ liệu của GIS

Quản lý dữ liệu: Việc xây dựng một cơ sở dữ liệu GIS lớn bằng các phương

pháp nhập dữ liệu khác nhau thường rất tốn kém về thời gian, công sức và tiền bạc

Số chi phí bằng tiền cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu có thể lớn hơn hẳn chi phí phần cứng và phần mềm GIS điều đó phần nào nói lên ý nghĩa của việc quản lý dữ liệu, một chức năng quan trọng của tất cả các hệ thống thông tin địa lý Chức năng này bao gồm việc tổ chức lưu trữ và truy cập dữ liệu sao cho hiệu quả nhất

Phân tích dữ liệu: Phân tích dữ liệu là chức năng quan trọng nhất của GIS

GIS cung cấp các công cụ cần thiết để phân tích dữ liệu không gian, dữ liệu thuộc tính và phân tích tổng hợp cả hai loại dữ liệu đó ở trong cơ sở dữ liệu để tạo ra thông tin mới trợ giúp các quyết định mang tính không gian

Xuất dữ liệu: Chức năng xuất dữ liệu hay còn gọi là chức năng báo cáo của

GIS cho phép hiển thị, trình bày các kết quả phân tích và mô hình hóa không gian bằng GIS dưới dạng bản đồ, bảng thuộc tính hay văn bản trên nàm hình hay trên các vật liệu truyền thống khác ở các tỷ lệ và chất lượng khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu của người dùng và khả năng của các thiết bị xuất dữ liệu như màn hình, máy in và máy vẽ

2.3 Ứng dụng của GIS

Hệ thống thông tin địa lý được thiết kế như một hệ thống chung để quản lý

dữ liệu không gian, nó có rất nhiều ứng dụng trong việc phát triển đô thị và môi trường tự nhiên như là: quy hoạch đô thị, quản lý nhân lực, nông nghiệp, điều hành

hệ thống công ích, lộ trình, nhân khẩu, bản đồ, giám sát vùng biển, cứu hoả, bệnh tật,… Trong phần lớn lĩnh vực này, GIS đóng vai trò như là một công cụ hỗ trợ quyết định cho việc lập kế hoạch hoạt động Các lĩnh vực ứng dụng cụ thể được trình bày trong phần dưới đây

2.3.1 Nghiên cứu quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường

Theo những chuyên gia về GIS kinh nghiệm nhất thì có rất nhiều ứng dụng

đã phát triển trong những tổ chức quan tâm đến môi trường Với mức đơn giản nhất thì người dùng sử dụng GIS để đánh giá môi trường:

- Quản trị rừng: theo dõi sự phân loại, thay đổi…

- Quản trị đường di cư và đời sống của động vật hoang dã

- Quản lý và quy hoạch đồng bằng ngập lũ, lưu vực sông

- Bảo tồn đất ướt

- Phân tích các biến động khí hậu, thuỷ văn

- Nghiên cứu tình trạng xói mòn đất

- Quản lý chất lượng nước

- Quản lý, đánh giá và theo dõi dịch bệnh

- Xây dựng bản đồ và thống kê chất lượng thổ nhưỡng

- Quy hoạch và đánh giá sử dụng đất đai

Ứng dụng GIS với mức độ phức tạp hơn là dùng khả năng phân tích của GIS

để mô hình hoá các tiến trình xói mòn đất, sự lan truyền ô nhiễm trong môi trường nước hay không khí hoặc sự phản ứng của một lưu vực sông dưới sự ảnh hưởng của một trận mưa lớn Nếu những dữ liệu thu thập gắn liền với đối tượng vùng và ứng dụng sử dụng các chức năng phân tích phức tạp thì mô hình dữ liệu dạng ảnh (Raster) có khuynh hướng chiếm ưu thế

2.3.2 Nghiên cứu điều kiện kinh tế-xã hội

- Quản lý dân số

- Quản lý mạng lưới giao thông: đường thuỷ, đường bộ

- Quản lý mạng lưới y tế, giáo dục

- Điều tra và quản lý hệ thống cơ sở hạ tầng

2.3.3 Sản xuất nông nghiệp và phát triển nông thôn

Thổ nhưỡng:

- Xây dựng các bản đồ đất và đơn tính đất

- Đặc trưng hoá các lớp phủ thổ nhưỡng

Trồng trọt:

- Khả năng thích nghi các loại cây trồng

- Sự thay đổi của việc sử dụng đất

- Xây dựng các đề xuất về sử dụng đất

- Khả năng bền vững của sản xuất nông nghiệp Nông - Lâm kết hợp

- Theo dõi mạng lưới khuyến nông

- Khảo sát nghiên cứu dịch-bệnh cây trồng (côn trùng và cỏ dại)

- Suy đoán hay nội suy các ứng dụng kỹ thuật

Khí tượng thuỷ văn:

Trong lĩnh vực này, GIS được dùng như là một hệ thống đáp ứng nhanh phục

vụ chống thiên tai: như lũ quét ở vùng hạ lưu, xác định tâm bão, dự đoán các luồng chảy, xác định mức độ ngập lụt,… từ đó đưa ra các biện pháp phòng chống kịp thời

Vì những ứng dụng này mang tính phân tích phức tạp nên mô hình dữ liệu không gian dạng ảnh (Raster) chiếm ưu thế

Kinh tế nông nghiệp:

- Điều tra dân số, nông hộ

- Khảo sát kỹ thuật canh tác

- Xu thế thị trường của cây trồng

- Nguồn nông sản hàng hoá

GIS được sử dụng trong lĩnh vực tài chính tương tự như là một ứng dụng đơn

lẻ Nó đã từng được áp dụng cho việc xác định vị trí những chi nhánh mới của ngân hàng, các trạm rút tiền tự động (ATM), Hiện nay, việc sử dụng GIS đang tăng lên trong lĩnh vực này, nó là một công cụ đánh giá rủi ro và mục đích bảo hiểm, xác định với độ chính xác cao hơn những khu vực có độ rủi ro lớn nhất hay thấp nhất Lĩnh vực này đòi hỏi những dữ liệu cơ sở khác nhau như là hình thức vi phạm luật pháp, địa chất học, thời tiết và giá trị tài sản

phân tích nguyên nhân bộc phát và lây lan bệnh tật cộng đồng

2.3.6 Chính quyền địa phương

Chính quyền địa phương là một trong những lĩnh vực ứng dụng rộng lớn nhất của GIS, bởi vì đây là một tổ chức sử dụng dữ liệu không gian nhiều nhất Tất

cả các cơ quan của chính quyền địa phương có thể có lợi từ GIS GIS có thể được

sử dụng trong việc tìm kiếm và quản lý thửa đất thay thế cho việc hồ sơ giấy tờ hiện hành Nhà cầm quyền địa phương cũng có thể sử dụng GIS trong việc tái dưỡng nhà cửa và đường giao thông, GIS còn được sử dụng trong các trung tâm điều khiển và quản lý các tình huống khẩn cấp

2.3.7 Trong lĩnh vực giao thông

GIS có khả năng ứng dụng đáng kể trong lĩnh vực vận tải Việc lập kế hoạch

và duy trì cơ sở hạ tầng giao thông rõ ràng là một ứng dụng thiết thực, nhưng giờ đây có sự quan tâm đến một lĩnh vực mới là ứng dụng định vị trong vận tải hàng hải

và hải đồ điện tử Loại hình đặc trưng này đòi hỏi sự hỗ trợ của GIS

2.4 Giới thiệu về cơ sở dữ liệu GIS

2.4.1 Dữ liệu GIS và tổ chức CSDL GIS

2.4.1.1 Dữ liệu GIS

Dữ liệu địa lý là dữ liệu bao gồm dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính được kết hợp với nhau một cách tương ứng Dữ liệu địa lý có thể là các bản đồ số trên máy vi tính, các mô hình mô phỏng hình dáng bề mặt trái đất, các cơ sở dữ liệu ảnh bề mặt trái đất Trong đó, bản đồ số là một loại dữ liệu địa lý rất phổ biến nhưng dữ liệu địa lý không chỉ có mỗi một loại dữ liệu bản đồ số Đây là điều mà chúng ta cần phân biệt rõ

Dữ liệu là trung tâm của hệ thống GIS, hệ thống GIS chứa càng nhiều thì chúng càng có ý nghĩa Dữ liệu của hệ GIS được lưu trữ trong CSDL và chúng được thu thập thông qua các mô hình thế giới thực Dữ liệu trong hệ GIS còn được gọi là thông tin không gian Đặc trưng thông tin không gian là có khả năng mô tả

“vật thể ở đâu” nhờ vị trí tham chiếu, đơn vị đo và quan hệ không gian Chúng còn khả năng mô tả “ hình dạng hiện tượng” thông qua mô tả chất lượng, số lượng của hình dạng và cấu trúc Cuối cùng, đặc trưng thông tin không gian mô tả “quan hệ và tương tác” giữa các hiện tượng tự nhiên Mô hình không gian đặc biệt quan trọng vì cách thức thông tin sẽ ảnh hưởng đến khả năng thực hiện phân tích dữ liệu và khả năng hiển thị đồ họa của hệ thống

Dữ liệu của GIS là dữ liệu địa lý vì vậy nhiều nơi người ta thường gọi dữ liệu địa lý là dữ liệu GIS

Dữ liệu địa lý là dữ liệu lưu trữ thông tin của các đối tượng địa lý Một đối tượng địa lý là một thực thể ngoài thế giới thực có liên quan đến một vị trí trên trái đất Đối tượng địa lý bao gồm các thông tin sau:

- Thông tin về hình học (không gian): là thông tin mô tả vị trí của đối tượng địa lý thông qua tọa độ trong một hệ quy chiếu nhất định Các đối tượng địa lý được

mô hình hoá thành các kiểu đối tượng hình học cơ bản như điểm, đường và vùng Một điểm được mô tả bởi một cặp toạ độ x, y Đường được mô tả bằng một chuỗi các điểm Vùng là một đường khép kín

Hình 2.1: Ba kiểu hình học cơ bản

- Thông tin về thời gian: Là thông tin mô tả các tính chất thời gian của đối tượng địa lý Chẳng hạn như đối tượng tồn tại từ khi nào, đối tượng có những thể hiện đặc biệt gì trong một khoảng thời gian nhất định…

- Thông tin thuộc tính chủ đề: Là tất cả các thuộc tính phi không gian, thời gian của đối tượng địa lý Các thông tin này mô tả một số các đặc tính cụ thể của đối tượng theo một chủ đề nhất định

- Thông tin quan hệ: Là quan hệ giữa các đối tượng địa lý với nhau, bao gồm các quan hệ về không gian, cũng như thời gian

- Các thao tác: Là các hành vi của đối tượng địa lý tại một số điều kiện nhất định

2.4.1.2 Tổ chức CSDL GIS

Tổ chức hệ thống thông tin địa lý phải bắt đầu bằng nhiệm vụ đặt ra của hệ thống thông tin Từ đó xác định được mức độ đòi hỏi của các loại thông tin cần thiết như thông tin thuộc tính tỷ lệ nào, phải có lớp thông tin nào, độ chính xác của thông tin và thông tin thuộc tính có dạng nào Sau khi xác định được nhu cầu thông tin cần tìm xem thông tin này có được từ nguồn nào, có thể lấy được từ cơ sở dữ liệu quốc gia, cơ sở dữ liệu chuyên ngành mua trên thị trường thông tin Nếu các nguồn khai thác thông tin đều chưa có hoặc có cần xác định tiếp sử dụng biện pháp nào để thu nhận các thông tin còn thiếu Có thể được các công ty cung cấp thông tin hoặc tổ chức thu nhập hệ thống thông tin riêng cho số lượng dữ liệu cần có nên tổ chức quản lý dưới dạng tập trung hay phân tán cho nhu cầu và hoàn cảnh khai thác thông tin Khi định dạng thông tin đã rõ mới thiết kế phần cứng và phần mềm phù hợp

2.4.1.3 Hệ quản trị cơ sở dữ liệu

Hệ quản trị cơ sở dữ liệu là hệ thống quản lý, lưu trữ, bảo trì toàn bộ cơ sở

dữ liệu Hệ quản trị cơ sở dữ liệu cũng cung cấp các công cụ cho phép người dùng hỏi đáp, tra cứu và tác động vào cơ sở dữ liệu

Hệ quản trị cơ sở dữ liệu là từ dịch trong tiếng Anh: Database Management System (DBMS) Có nghĩa ám chỉ các chương trình phần mềm có khả năng lưu trữ, sửa chữa, xóa và tìm kiếm một thông tin cho cơ sở dữ liệu (CSDL) Có rất nhiều hệ quản trị CSDL khác nhau như: các phần mềm nhỏ chạy trên máy tính cá nhân, các

hệ quản trị lớn phức tạp chạy trên một hoặc nhiều máy tính có khả năng xử lý mạnh

Tuy nhiên tất cả các hệ quản trị CSDL đều có một đặc điểm chung là sử dụng ngôn ngữ truy vấn có cấu trúc gọi là “Structured Query Language” (SQL) Các hệ quản trị được biết đến nhiều như: Microsoft Access, SQL server, My SQL,

Oracle, PostgreSQL, DB2… Phần lớn các hệ quản trị CSDL kể trên hoạt động tốt trên nhiều hệ điều hành khác nhau như Linux, Unix và MacOS ngoại trừ SQL Server của Microsoft chỉ chạy trên hệ điều hành Windows

2.4.1.4 Cơ sở dữ liệu GeoDatabase

Geodatabase là một mô hình dữ liệu không gian do ESRI đưa ra, được dùng cho việc lưu trữ, truy vấn và xử lý dữ liệu GIS

Geodatabase là mô hình lưu trữ các đối tượng địa lý trong một cơ sở dữ liệu Nó

là một cấu trúc dữ liệu có ưu điểm nổi bật cung cấp tính năng lưu trữ cơ sở dữ liệu địa

lý trong một không gian dữ liệu thể hiện dưới hình thức một bảng dữ liệu Một Geodatabase là một cấu trúc lưu trữ các dữ liệu không gian và thuộc tính cụ thể lưu trữ các cấu trúc của đối tượng, tập hợp của các đối tượng, thuộc tính, các mối quan hệ giữa các thuộc tính, và mối quan hệ giữa các đối tượng với nhau

Hình 2.2: Các đối tượng hình học trong Geodatabase

Về định nghĩa thì: Geodatabase là dữ liệu lưu trữ phổ biến và được quản lý

trong phần mềm ArcGIS Nó kết hợp "geo" (dữ liệu địa lý) với "database" (kho dữ liệu) để tạo ra một kho dữ liệu trung tâm phục vụ cho việc lưu trữ và quản lý dữ liệu không gian Nó có thể được tạo ra trong máy tính để bàn, máy chủ hoặc các môi trường điện thoại di động và cho phép lưu trữ dữ liệu GIS ở vị trí trung tâm để dễ dàng truy cập và quản lý

Geodatabase là một kho chứa dữ liệu không gian và thuộc tính trong hệ quản trị cơ sở dữ liệu (Database Management System - DBMS)