Ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) vào quản lý hệ thống lưới điện quận Tân Phú

TÓM TẮT Luận văn nghiên cứu ứng dụng hệ thống thông tin đại lý GIS để quản lý hệ thống lưới điện trung thế trên địa bàn quận Tân Phú do Công ty điện lực Tân Phú quản lý, bao gồm cụ thể n

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin 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

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm

ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc

Em xin chân thành cảm ơn thầy cô đã không quản bao nhiêu khó nhọc để truyền đạt cho em những kiến thức quý báu giúp ích cho em rất nhiều trong những chặng đường sau này

Em xin chân thành cám ơn thầy NGÔ CAO CƯỜNG đã tận tình chỉ bảo giúp em hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp của mình

Qua đây em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn của mình đến các anh em trong phòng kỹ thuật , đội quản lý lưới điện tân phú , đội vận hành đã nhiệt tình giúp

đỡ em trong việc hoàn thành cuốn luận văn này

Em xin chúc thầy tràn đầy sức khỏe

Học viên thực hiện

NGUYỄN GIA THOẠI

TÓM TẮT

Luận văn nghiên cứu ứng dụng hệ thống thông tin đại lý( GIS) để quản lý hệ thống lưới điện trung thế trên địa bàn quận Tân Phú do Công ty điện lực Tân Phú quản lý, bao gồm cụ thể những vấn đề sau:

Thu thập, phân tích, tổng hợp hiện trạng khu vực lưới điện khu vực Tân Phú

Nghiên cứu phần mềm ArcGis 10.1 và hệ cơ sở quản trị dữ liệu Oracle 11.0

Xây dựng hệ thống sơ đồ nguyên lý demo cho các tuyến dây bằng Extension Shematic của ArcGis 10.1

Triển khai hệ thống trên hệ quản trị cơ sở dữ liệu Oracle theo mô hình Client- Sever

Xây dựng ứng dụng hỗ trợ việc quản lý tầm ảnh hưởng và quản lý các thiết

bị đóng cắt trên lưới điện

Nghiên cứu độ tin cậy của lưới điện trên bản đồ

Đánh giá và nghiên cứu sự phân bố tối ưu công suất trên hệ thống lưới điện

Kết quả nghiên cứu cho thấy có thể dùng chương trình GIS để ứng dụng vào công tác quản lý kỹ thuật, quản lý vận hành tại các đơn vị, nhằm giảm bớt gánh nặng nhân công và nhân lực cho công tác trên Hỗ trợ lãnh đạo đưa ra quyết định hợp lý và chính xác, cán bộ kỹ thuật và công nhân tiết kiệm được nhiều thời gian và công sức trong công tác cải tạo sửa chữa và đại tu vận hành lưới điện

ABSTRACT

Thesis research and application of information agent systems (GIS) to manage medium-voltage grid system in the district by Tan Phu, Tan Phu Electricity Company management, including the following specific issues:

Collect, analyze and synthesize the current state of the grid area, Tan Phu area

Research ArcGIS 10.1 and the data base administrator Oracle 11.0 Develop system principle diagram for online demo shematic Extension cord with ArcGIS 10.1

Implementation of the system management system according to the Oracle Database Client-Server model

Develop application support management and management influence the switchgear on the grid

Research reliability of the grid on the map

Review and study the optimal distribution of power on the grid system The study results showed that GIS can be used to program applications in the management of technical, management and operation of the unit in order

to reduce the burden of human labor and work on Support leaders make rational decisions and accurate, technicians and workers save a lot of time and effort in the work of renovation and repair and overhaul operation of the grid

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

- GIS : Geographic Information System

- Người sử dụng: User

- Dữ liệu : Data

- GPS: Global Positioning System

- SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition),…

- Geodatabase : Dữ liệu không gian

- Saifi: Số lần gián đoạn cung cấp trung bình của lưới điện

- SAIDI : thời gian gián đoạn cung cấp trung bình của lưới điện

- CAIFI: Số lần mất điện trung bình của khách hàng

- CAIDI: Thời gian mất điện trung bình của khách hàng

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1: Mô hình Raster, Vector so với thế giới thực……… … 16

Hình 2.2 : Dữ liệu thuộc tính của đối tượng địa lý……… 17

Hình 2.3 : Vị trí của một đối tượng trên mặt đất ……….18

Hình 2.4 : Tóm tắt quy trình xử lý thông tin……….19

Hình 2.5 : Một số định nghĩa về GIS……….20

Hình 2.6 : Các thành phần cơ bản của GIS………22

Hình 2.7 : Mô hình GIS……….23

Hình 2.8 : Các thành phần cơ bản của một cơ sở dữ liệu địa lý………25

Hình 2.9 : Sơ đồ phân bố nhân lực trong Gis………25

Hình 2.10 : Mô hình điều khiển GIS……….26

Hình 2.11 : Thu thập dữ liệu cho GIS………28

Hình 3.1 : Mô hình các vệ tinh quay quanh trái đất……… 33

Hình 3.2 :Ứng dung GIS trong các ngành ……… 37

Hình 4.1: Mô hình của hệ quản trị cơ sở dữ liệu Oracle………64

Hình 5.1: Bản đồ Quận Tân Phú……… 71

Hình 6.1 : Xây dựng demo 2 tuyến dây Phú Lộc 1 và Phú Lộc 2……….83

Hình 6.2 : Xây dụng sơ đồ Schematic cho 2 tuyến dây trên……… 85

Hình 8.2: Demo bản đồ trung thế trong Carrymap………98

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 : Một số hệ quản trị dữ liệu trên thế giới……….52

Bảng 2 : Các tuyến dây trung thế trên địa bàn quận Tân Phú……… 72

Bảng 3 : Các lớp dữ liệu trên bản đồ………75

Bảng 4 : Tính toán chỉ số tin cậy lưới điện……… 81

Bảng 5 : So sánh tính năng các phần mềm hiện sử dụng với ArcGIS……….112

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CÁM ƠN ii

TÓM TẮT iii

ABSTRACT iv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC HÌNH vi

DANH MỤC CÁC BẢNG viii

Chương 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Tổng quan 1

1.2 Tính cần thiết của đề tài 2

1.3 Mục tiêu của đề tài 3

1.4 Nội dung nghiên cứu 4

1.5 Phạm vi nghiên cứu 4

1.6 Ý nghĩa khoa học của đề tài 5

1.7 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 5

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ 6

2.1 Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý 6

2.1.1 Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý 6

2.1.1.2 Dữ liệu thuộc tính 7

2.1.1.3 Thời gian 8

2.1.2 Nguồn cung cấp thông tin địa lý 9

2.1.3 Quy trình xử lý thông tin địa lý 9

2.2 Hệ thống thông tin địa lý 10

2.2.1 Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý 10

2.2.2 Các thành phần hệ thống GIS 13

2.2.2.1 Phần cứng (hardware) 15

2.2.2.2 Phần mềm (softwear) 16

2.2.2.3 Dữ liệu( data) 17

2.2.2.4 Người sử dụng (user) 17

2.2.2.5 Chính sách và quản lý 19

2.2.3 Các chức năng của hệ thống thông tin địa lý 20

2.2.3.1 Thu thập dữ liệu( Gis Data Acquisition) 20

2.2.3.2 Lưu trữ dữ liệu (Data storing) 21

2.2.3.3 Truy vấn và phân tích dữ liệu 22

2.2.3.4 Hiển thị dữ liệu 22

2.2.4 Ứng dụng của hệ thống thông tin địa lý 23

2.2.4.1 Những ngành có liên quan đến GIS 23

2.2.4.2 Các ứng dụng thực tế 23

2.2.5 Khả năng ứng dụng GIS vào ngành điện 24

2.2.5.1 Những lợi ích về vận hành hệ thống điện 25

2.2.5.2 Ý nghĩa 25

2.2.6 Giải pháp của hệ thống GIS trong công tác quản lý, vận hành 26

Chương 3: CƠ SỞ ĐỊNH VỊ GPS 28

3.1 Khái quát về GPS 28

3.1.1 Bộ phận không gian 29

3.1.2 Bộ phận trạm điều khiển 29

3.1.3 Bộ phận người dùng 30

3.1.4 Nguyên tắc hoạt động của GPS 30

3.1.5 Độ chính xác của GPS 30

3.1.6 Ứng dụng 31

3.2 Tín hiệu và trị đo GPS 33

3.2.1 Tín hiệu 33

3.2.2 Trị đo 33

3.2.2.1 Mã giả khoảng cách 33

3.2.2.2 Pha song tải 34

3.3 Nguyên tắc định vị bằng vệ tinh 35

3.3.1 Công thức toán học 35

3.3.3 Các chính sách bảo mật 36

3.4 Các nguồn sai số 38

3.4.1 Sai số quỹ đạo vệ tinh 38

3.4.2 Sai số đồng hồ vệ tinh 38

3.4.3 Sai số đồng hồ máy thu 39

3.4.4 Sai số tầng điện ly 40

3.4.5 Sai số tầng đối lưu 41

3.4.6 Sai số do hiện tượng đa đường 42

3.4.7 Sai số do độ nhiễu tín hiệu 42

Chương 4: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ARCGIS 10.1 VÀ HỆ QUẢN TRỊ CƠ SỞ DỮ LIỆU ORACLE 44

4.1 Giới thiệu phần mềm ArcGis 10.1 44

4.1.1 Các mô hình dữ liệu địa lý 47

4.1.1.1 Vector model 47

4.1.1.2 Raster model 48

4.1.1.3 TIN model 48

4.1.1.4 Dữ liệu bảng 48

4.1.2 Các dạng format của feature data 49

4.1.2.1 Coverages 49

4.1.2.2 Shapefiles 52

4.1.2.3 GeoDatabases 52

4.2 Giới thiệu Extension Schematics 55

4.2.1 Các tính năng chính: 56

4.2.2 Đối tượng sử dụng ArcGis Schematics 57

4.2.3 Ứng dụng 57

4.3 Giới thiệu ArcSDE 58

4.4 Giới thiệu hệ quản trị cơ sở dữ liệu Oracle 60

CHƯƠNG 5: THU THẬP DỮ LIỆU VÀ XÂY DỰNG DỮ LIỆU HỆ THỐNG LƯỚI ĐIỆN TÂN PHÚ 67

5.1 Giới thiệu quận Tân Phú 67

5.2 Giới thiệu hệ thống lưới điện do Công ty điện lực Tân phú quản lý 71

5.2.1 Khối lượng lưới điện 71

5.2.2 Tình hình phân phối điện năng 73

5.3 Xây dựng dữ liệu hệ thống lưới điện trung thế 74

CHƯƠNG 6 XÂY DỰNG HỆ THỐNG BẢN ĐỒ VÀ SƠ ĐỒ ĐƠN TUYẾN 85

6.1 Xây dựng hệ thống bản đồ 85

6.2 Xây dựng hệ thống sơ đồ 88

6.3 Triển khai hệ thống trên hệ quản trị cơ sở dữ liệu Oracle 11g R2 90

6.3.1 Cài đặt Oracle 11g R2 90

6.3.2 Phân quyền 92

6.4 Ứng dụng bản đồ và sơ đồ ArcGis vào quản lý vận hành lưới điện 92

6.4.1 Tìm một đối tượng của lưới điện trong ArcGIS 92

6.4.2 Đóng cắt, báo cáo số trạm bị ảnh hưởng 94

Chương 7: TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY HỆ THỐNG LƯỚI ĐIỆN 97

7.1 Giới thiệu 97

7.1.1 Số lần gián đoạn cung cấp điện trung bình của lưới điện SAIFI (System Average Interruption Frequency Index) 97

7.1.2 Thời gian gián đoạn cung cấp điện trung bình của lưới điện SAIDI (System Average Interruption Duration Index) 97

7.1.3 Số lần mất điện trung bình của khách hàng CAIFI (Customer Average Interruption Frequency Index) 98

7.1.4 Thời gian mất điện trung bình của khách hàng CAIDI (Customer Average Interruption Duration Index) 98

7.1.5 Mức độ sẵn sàng cung cấp điện trong tháng ASAI (Average Service Availability Index) 98

7.1.6 Mức độ không sẵn sàng cung cấp điện ASUI (Average Service Unavailability Index) 98

7.1.7 Tổng Điện năng không cung cấp ENS (Energy Not Supplied) 98

7.1.8 Điện năng trung bình không cung cấp đến một khách hàng AENS (Average Energy Not Supplied) 99

7.1.9 Điện năng trung bình không cung cấp đến một khách hàng bị ảnh hưởng mất điện ACCI (Average Customer Curtailment Index) 99

7.2 Kết quả tính toán 99

Chương 8: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CARRYMAP ĐƯA GIS VÀO SMARTPHONE

PHỤC VỤ CHO CÔNG TÁC THU THẬP DỮ LIỆU 102

8.1 Giới thiệu phần mềm Carrymap 102

8.2 Các ưu điểm của phần mềm 103

8.3 Tiến hành cài đặt 103

Chương 9 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 111

9.1 Kết luận 111

9.2 Kiến nghị 114

9.3 Hướng phát triển 115

Tài liệu tham khảo 116

Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan

Ngày nay, vấn đề phân tích các bài toán phân bố công suất, tính toán ngắn mạch, tính toán tổn thất cũng như quản lý hệ thống điện đang được quan tâm hàng đầu trong lĩnh vực vận hành và quản lý ngành điện Việt Nam

Mục tiêu được đặt ra là làm sao phân bố công suất trong lưới điện một cách tối

ưu nhất, kiểm soát được khả năng ngắn mạch sự cố gây mất điện cũng như tổn thất của lưới điện nói chung và hệ thống điện nói riêng, để có biện pháp khắc phục và sửa chữa, từ đó nâng cao khả năng đáp ứng nhu cầu cho khách hàng, đồng thời phục vụ khách hàng sử dụng điện ngày càng tốt hơn Đó chính là mục tiêu chính của lãnh đạo

và toàn thể nhân viên của ngành điện Việt Nam nói chung và TP Hồ Chí Minh nói riêng Muốn vậy ta phải tìm ra phương án quản lý lưới điện, thiết bị điện và hệ thống

điện một cách hiệu quả

Với tốc độ phát triển chóng mặt của ngành công nghệ thông tin thì việc áp dụng những thành tựu của ngành khoa học này vào các lĩnh vực khác nhau, trong đó có ngành điện đang rất được quan tâm Công nghệ thông tin trong những năm cuối của thế kỷ 20 đã đạt nền móng cho sự ra đời và phát triển nhanh chóng của hệthống thông

tin địa lý( GIS – Geographic Information System) và việc áp dụng hệ thống này trong

các ngành mang tính hạ tầng( cấp thoát nước, năng lượng điện…) đã có tác dụng to lớn trong việc nâng cao chất lượng dịch vụ được cung cấp cho xã hội Mặt khác sự xâm nhập của các kỹ thuật mới này trong ngành điện đã làm thay đổi khá sâu sắc việc quản lý cũng như phân tích hệ thống điện Trong xu thế hiện đại hóa việc quản lý lưới điện ở các cấp độ khác nhau, từ sản xuất, truyền tải đến phân phối, ngành điện Việt Nam đang triển khai ứng dụng những kỹ thuật tiên tiến này trong việc xây dựng các chương trình ứng dụng vào các lĩnh vực khác nhau Đồng hành với tốc độ phát triển

và hiện đại hóa của ngành điện, lưới điện trên nền thống nhất về dữ liệu GIS đối với

địa bàn trở nên thời sự, cấp bách và yêu cầu có những phương pháp tiếp cận mới có thể cung cấp kết quả nhanh chóng, chính xác cũng như khả năng quản lý cập nhật, chi tiết và hướng tới tức thời theo thời gian thực

1.2 Tính cần thiết của đề tài

Hiện nay, trên thị trường có khá nhiều phần mềm như MapInfo, AutoCad, quản

lý mất điện v.v… cơ bản đáp ứng nhu cầu quản lý dữ liệu lưới điện, khách hàng nhưng

còn riêng rẽ, chỉ với cơ sở dữ liệu nhỏ,mỗi phần mềm chỉ có chức năng nhiệm vụ riêng Vd: Mapinfo chuyên về biên tập dữ liệu thuộc tính của lưới điện, quản lý mất điện quản lý thông tin khách hàng…

Tất cả những phần mềm trên sử dụng theo mô hình datafile phục vụ quản lý dữ

liệu, thông tin khách hàng… chưa sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu để quản lý dữ liệu không gian

Về kiến trúc hệ thống, đa số các phần mềm trên được xây dựng trên hệ thống 1 người dùng, chưa xây dựng được mô hình client- sever( mô hình đa người dùng)

Vì vậy, khi chưa có GIS việc quản lý lưới điện còn tương đối khó khăn, thông tin cập nhật dữ liệu chỉ tập trung ở một phòng, đội, không có tính liên kết, dữ liệu phải kiểm tra offlline nên không đảm bảo tính chính xác cao…

Ví dụ thực tế tại Công ty

Phòng Kinh doanh cập nhật khách hàng để theo dõi hiệu suất khu vực dựa vào tình trạng lưới điện hiện tại của đơn vị Đội Quản lý lưới điện cập nhật biến động lưới, Đội Quản lý khách hàng cập nhật mã lộ ra vào chương trình CMIS 2.0…

Vì một lý do nào đó( khách quan, chủ quan của con người), khi có xảy

ra biến động lưới mà đội Quản lý lưới điện không kịp chuyển lên để Phòng kinh

doanh cập nhật hay Phòng kinh doanh chưa kịp cập nhật hay cập nhật không chính xác, Đội Quản lý khách hàng tính toán lại mã lộ ra… dẫn đến tổn thất hiệu suất khu vực, sót bộ… làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến công tác tính toán độ tin cậy của lưới điện… dẫn đến doanh thu của đơn vị giảm, không quản lý tài sản một cách kịp thời vì các phần mềm trên như Mapinfo, AutoCad… không hỗ trợ

đa người dùng, hay việc cắt lưới là nhiệm vụ của Đội nên chính Đội cập nhật biến động thì xác suất chính xác sẽ tăng lên rất nhiều

Với việc ứng dụng hệ thống ArcGis vào công tác quản lý lưới điện, chúng ta sẽ

bảo đảm rằng tất cả mọi người đều có thể xem, biên tập, chỉnh sửa( nếu được phân quyền edit) dữ liệu(vì GIS có thể kết nối hệ quản trị Oracle, cho phép xây dựng mô hình đa người dùng), đảm dữ liệu mới nhất luôn được thể hiện, thống nhất trong toàn công ty và sẽ có cái nhìn khác về việc quản lý lưới điện trong bối cảnh hiện nay

Ở đề tài này, chúng ta sẽ sử dụng phần mềm ArcGis 10.1 của hãng ERIS kết hợp với hệ quản trị Oracle 11gR2 để quản lý và xây dựng hệ thống bản đồ và sơ đồ đơn tuyến, quản lý vật tư thiết bị cũng như quản lý phạm vi ảnh hưởng của các thiết bị đóng cắt Đặc biệt mô hình này hỗ trợ rất tốt cho người lãnh đạo đứng ở cấp độ quản

lý, người công nhân ở cấp độ vận hành, sữa chữa lưới điện, hỗ trợ khách hàng kiểm tra nguyên nhân mất điện một cách chính xác và nhanh nhất

Cho phép có một cái nhìn tổng quan về lưới điện trên thực địa cũng như trên sơ

đồ để cho phép chúng ta có một quyết định chính xác

1.3 Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu của đề tài nhằm xây dựng một cơ sở dữ liệu trên nền tảng AM/FM/GIS

để quản lý hệ thống lưới điện trung thế quận Tân Phú bằng phần mềm ArcGis 10.1, xây dựng hệ thống sơ đồ đơn tuyến có khả năng phân tích dòng chảy network, tạo mối liên kết các thiết bị trên lưới, và hệ quản trị cơ sở dữ liệu Oracle 11gR2 phục vụ

ưu tiên cho công tác quản lý, tăng năng suất lao động

Với sự hỗ trợ của hệ quản trị cơ sở dữ liệu, những người khai thác ứng dụng có thể sử dụng bất kỳ ngôn ngữ lập trình nào như: Visual Basic, Visua Basic.Net, Visual

C hoặc sử dụng công cụ lập trình chuyên dụng của ArcGis như ArcGis Engine, Arc Object… để phát triển ứng dụng mà không phải lệ thuộc vào ngôn ngữ Map Basic như sử dụng phần mềm MapInfo

1.4 Nội dung nghiên cứu

Thu thập, phân tích, tổng hợp hiện trạng khu vực lưới điện khu vực Tân Phú

Nghiên cứu phần mềm ArcGis 10.1 và hệ cơ sở quản trị dữ liệu Oracle 11gR2

Xây dựng hệ thống sơ đồ nguyên lý demo cho các tuyến dây bằng Extension Shematic của ArcGis 10.1

Triển khai hệ thống trên hệ quản trị cơ sở dữ liệu Oracle theo mô hình Client- Sever

Xây dựng ứng dụng hỗ trợ việc quản lý tầm ảnh hưởng và quản lý các thiết bị đóng cắt trên lưới điện

Nghiên cứu đánh giá độ tin cậy của lưới điện

Nghiên cứu các phần mềm có thể đọc cơ sở dữ liệu của ArcGIS để thuận tiện việc thu thập dữ liệu tại đơn vị

mềm có thể đọc cơ sở dữ liệu của ArcGIS để thuận tiện trong việc thu thập dữ liệu tại đơn vị

Phạm vi thời gian: đề tài được thực hiện trong sáu tháng

1.6 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Kết quả nghiên cứu này cho ta một phương pháp quản lý hệ thống lưới điện mới trên nền tảng một phần mềm mới cực mạnh và linh động kết hợp với hệ quản trị cơ

sở dữ liệu là mô hình mà các nước phát triển đã ứng dụng và đạt hiện quả cao

Ở mô hình này có sự độc lập giữa phần mềm GIS và ngôn ngữ lập trình nên sẽ linh hoạt hơn cho việc phát triển ứng dụng

1.7 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Đề tài nêu lên một phương pháp quản lý và vận hành lưới điện, quản lý khách hàng tại đơn vị một cách trực quan sinh động Khi cần thiết ta có thể chuyển đổi giữa

hệ thống bản đồ và sơ đồ đơn tuyến cho phù hợp với nhu cầu quản lý

Mục tiêu chính của đề tài là xây dựng sơ đồ địa dư và sơ đồ đơn tuyến trên một nền cơ sở dữ liệu chuẩn và hệ thống là một hệ thống khả mở, nghĩa là khi nhu cầu phát sinh ta có thể phát triển thêm ứng dụng bằng cách viết thêm những module bằng một ngôn ngữ lập trình bất kỳ Ví dụ như: quản lý thiết bị( máy biến thế, thiết bị đóng cắt, trụ trung thế…), phạm vi ảnh hưởng của các thiết bị đóng cắt… làm tiền đề cho việc phát triển lưới điện thông minh( Smart GIS) sau này

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ 2.1 Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý

Những kế hoạch, chính sách và chiến lược phát triển kinh tế- xã hội của thành phố khi được thiết lập và thực thi có đem lại hiệu quả hay không phụ thuộc rất lớn vào thông tin sẵn có( đầy đủ, chính xác và cập nhật) Vì hầu hết các vấn đề đặt ra đều đòi hòi lãnh đạo, các nhà quy hoạch, quản lý… phải có nhiều thông tin liên quan đến kinh tế, xã hội, địa lý, môi trường, tài nguyên thiên nhiên… Trở ngại chính trong việc quản lý đô thị hiệu quả là thông tin được thu thập vừa thiếu vừa không đáng tin cậy (có khi trùng lắp), dữ liệu không gian( bản đồ) không thống nhất theo hệ thống tham chiếu không gian và không được cập nhật…

Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng từ 75% đến 90% thông tin gắn kết với vị trí không gian được sử dụng mỗi ngày bởi hầu hết các cơ quan Nếu các thông tin này đảm bảo đầy đủ, chính xác và được cập nhật thường xuyên sẽ cho phép tiết kiệm đáng

kể kinh phí và thời gian để thành lập và thực thi các kế hoạch, chính sách và chiến lược phát triển kinh tế

2.1.1 Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý

Công nghệ thông tin ra đời đặt nền móng cho sự phát triển nhanh chóng của

hệ thống thông tin địa lý( geographic informatiom system) và việc áp dụng hệ thống này đã có kết quả to lớn trong việc nâng cao chất lượng dịch vụ xã hội

Thông tin địa lý bao gồm tất cả các thông tin và dữ liệu được khái quát để thể hiện thế giới thực và các hiện tượng đang diễn ra trong thế giới xung quanh ta Thông tin địa lý có thể được thể hiện bởi ba thành phần cơ bản: dữ liệu không gian, dữ liệu thuộc tính và thời gian

2.1.1.1 Dữ liệu không gian

Là dữ liệu thể hiện vị trí của các đối tượng địa lý trên bề mặt đất theo hệ tọa độ tham chiếu thống nhất Để thể hiện các đối tượng địa

lý trong không gian, hai mô hình dữ liệu thường được sử dụng:

+ Mô hình dữ liệu vector: thể hiện các đối tượng trong không

gian bởi điểm, đường và vùng (như thường được thể hiện trên bản đồ và vị trí của đối tượng có giá trị duy nhất)

+ Mô hình dữ liệu raster: thường sử dụng thể hiện dữ liệu không

gian dưới dạng ảnh Dạng đơn giản nhất của mô hình raster gồm những ô vuông đều đặn và được xác định bằng tọa độ là chỉ số hàng và chỉ số cột

Hình 2.1: Mô hình Raster, Vector so với thế giới thực

2.1.1.2 Dữ liệu thuộc tính

Thể hiện tính chất của đối tượng địa lý trên bề mặt đất( chiều cao của cây rừng, dân số thành phố, bề rộng con đường…) Đối tượng

địa lý có thể có nhiều thuộc tính phụ thuộc vào mức độ quan trọng của đối tượng Dữ liệu thuộc tính nhằm để mô tả, thể hiện số lượng và chất lượng của một đối tượng nào đó trong không gian đã được xác định, rất hữu ích cho việc phân tích chuyên môn

Hình 2.2 : Dữ liệu thuộc tính của đối tượng địa lý

2.1.1.3 Thời gian

Thông tin địa lý có thể thay đổi theo thời gian( con đường mới không được tìm thấy trên bản đồ đã được vẽ cách đây vài năm khi nó được xây dựng), thời gian là yếu tố quan trọng nhằm giải quyết các vấn

đề như theo dõi sự thay đổi hay biến động của dữ liệu thuộc tính và không gian( ví dụ: chuyển đổi mục đích sử dụng đất từ nông nghiệp sang công nghiệp trong khoảng thời gian nào đó, theo dõi sự sạt lở bờ sông, giám sát sự tăng trưởng của cây lúa,…)

Tóm lại, thông tin địa lý bao gồm: dữ liệu không gian nhằm trả lời câu hỏi đối tượng ở đâu, dữ liệu thuộc tính nhằm thể hiện tính chất của đối tượng và thời gian nhằm trảlời câu hỏi đối tượng tồn tại khi nào Biết được thời gian của thông tin địa lý, chúng ta mới có thể sử dụng thông tin một cách chính xác

Hình 2.3 : Vị trí của một đối tượng trên mặt đất

2.1.2 Nguồn cung cấp thông tin địa lý

Thông tin địa lý đã được con người thu thập và tích lũy trong quá trình

phát triển xã hội loài người thông qua hoạt động khảo sát, đo đạc và thành lập bản đồ Nhiều lý thuyết tính toán và phương pháp thực hiện đã được hoàn chỉnh nhằm thu thập, quản lý, phân tích và hiển thị thông tin địa lý

Nguồn cung cấp thông tin địa lý chủyếu từ công tác trắc địa - bản đồ, không ảnh, điều tra, thống kê Trong những năm gần đây, công nghệ viễn thám, định vị toàn cầu( GPS) đã góp phần đáng kể trong việc cung cấp thông tin địa

lý Với sự phát triển nhanh và đa dạng của thông tin địa lý đã ảnh hưởng tích cực đến việc xây dựng hệ thống lưu trữ, quản lý, truy cập, xử lý phân tích và cung cấp nhanh những thông tin cần thiết

2.1.3 Quy trình xử lý thông tin địa lý

Thông tin địa lý được thu thập từ thế giới thực qua các phương pháp và công nghệ khác nhau, sau khi xử lý sẽ tạo ra dữ liệu hữu ích, được lưu trữ hoặc phân tích thích hợp theo yêu cầu để cung cấp cho con người nhằm xây dựng các kế hoạch, chính sách và chiến lược phát triển kinh tế xã hội… Khi các dự

án được triển khai sẽ làm thay đổi môi trường sống chung quanh và tạo ra thông tin mới, các thông tin này cần phải được cập nhật thường xuyên để đảm bảo dữ liệu được đầy đủ và chính xác Nhìn chung, quy trình xử lý thông tin

có thể tóm tắt như sau:

Hình 2.4 : Tóm tắt quy trình xử lý thông tin

2.2 Hệ thống thông tin địa lý 2.2.1 Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý

Do được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực nên có nhiều định nghĩa về GIS khác nhau tùy thuộc vào lĩnh vực mà nó được ứng dụng:

Một số định nghĩa về GIS [1]

1 Xuất phát từ ứng dụng:

+ GIS là một hộp công cụ mạnh dùng để lưu trữ và truy vấn tùy ý, biến đổi và hiển thị không gian từ thế giới thực cho những mục tiêu đặc biệt (Burough 1986)

+ Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống sử dụng cơ sở dữ liệu để trả lời các câu hỏi về bản chất địa lý của các thực thể địa lý( Goodchild, 1985; Peuquuet, 1985)

Hình 2.5 : Một số định nghĩa về GIS

2 Xuất phát từ chức năng

+ Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống chứa hàng loạt chức năng phức tạp dựa vào khả năng của máy tính và các toán tử xử lý thông tin không gian( Tomlinson and Boy, 1981; Dangemomd, 1983)

+ Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống tự động thu thập, lưu trữ, truy vấn, phân tích và hiển thị dữ liệu không gian( Clarke, 1995)

+ Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu bằng máy tính để thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị dữ liệu không gian( NCGIA = National Center for Geographic Information and Analysis, 1988)

3 Xuất phát từ quan điểm hệ thống thông tin

+ GIS là một hệ thống thông tin được thiết kế để làm việc với dữ

liệu có tham chiếu tọa độ địa lý Nói cách khác, GIS là hệ thống gồm

hệ cơ sở dữ liệu với những dữ liệu có tham chiếu không gian và một tập những thuật toán để làm việc trên những dữ liệu đó( Star and Estes, 1990)

+ Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống thông tin bao gồm một số phụ hệ( subsystems) có khả năng biến đổi các dữ liệu địa lý thành những thông tin có ích( Calkins and Tomlinson, 1977; Marble, 1984)

+ GIS là một hệ thống thông tin đặc biệt với cơ sở dữ liệu gồm

những đối tượng, những hoạt động hay những sự kiện phân bố trong không gian được biểu diễn như những điểm, đường, vùng trong hệ thống máy tính Hệ thống thông tin địa lý xử lý, truy vấn dữ liệu theo điểm, đường, vùng phục vụ cho những hỏi đáp và phân tích đặc biệt (Dueker, 1979)

+ Hệ thống thông tin địa lý( GIS) là công cụ bản đồ phân tích

những gì hiện có và đang xảy ra trên trái đất Kỹ thuật GIS hợp thành

cơ sở dữ liệu chung hoạt động như những truy vấn và phân tích thống

kê với sự hình dung là duy nhất và lợi ích phân tích địa lý được đưa ra

từ những bản đồ Những khả năng này sẽ phân biệt được GIS từ những

rộng lớn của các hãng công cộng và tư nhân cho việc giảng giải sự kiện,

dự đoán hậu quả và vạch ra chiến lược

*Tóm lại, hệ thống thông tin địa lý( GIS = Geographic Information System) là

hệ thống quản lý thông tin không gian được phát triển dựa trên công nghệ máy tính nhằm trợ giúp việc thu nhận, lưu trữ, truy vấn, phân tích và hiển thị các thông tin không gian

2.2.2 Các thành phần hệ thống GIS

Thành phần hoàn chỉnh của GIS[2] được công nhận bới FIG( Federation International of Surveyors) là một hệ thống bao gồm: phần cứng( Hardware), phần mềm( Software), dữ liệu( Data) và người sử dụng( User) Với sự phát triển nhanh của công nghệ thông tin đã ảnh hưởng tích cực đến việc giảm giá thành và tăng tốc độ xử lý của phần cứng, hoàn thiện chức năng quản lý và

phân tích dữ liệu của phần mềm, đồng thời cũng làm cho vòng đời của chúng ngắn hơn so với dữ liệu nếu được cập nhật Hình bên dưới cho thấy dữ liệu là thành phần quan trọng nhất quyết định việc ứng dụng GIS có hiệu quả hay không và nó chiếm đến 80% chi phí đầu tư GIS

Hình 2.6 : Các thành phần cơ bản của GIS

Ngoài bốn thành phần cơ bản trên, để quản lý toàn bộ cơ sở dữ liệu của một thành phố hay một quốc gia, đồng thời tạo thuận lợi cho việc chia sẻ và kết nối thông tin rất đa dạng về nhu cầu có liên quan trực tiếp cũng nhu gián tiếp với nhiều cơ quan ban ngành… quy trình và cách tổ chức hệ thống GIS được xem là thành phần thứ năm góp phần giữ vai trò quan trọng trong việc phát triển ứng dụng GIS

Hình 2.7 : Mô hình GIS

2.2.2.1 Phần cứng (hardware)

• Hệ thống máy tính( Server, workstation)

• Hệ thống mạng( Lan, Wan, Internet)

• Các thiết bị ngoại vi( GPSs, survey devices, scanners, printers, plotters, …)

2.2.2.2 Phần mềm( softwear)

Các thành phần của phần mềm nói chung gồm 5 nhóm với các chức năng cơ bản sau:

• Nhóm chức năng nhập và hiệu chỉnh dữ liệu

• Bảo quản và quản lý cơ sở dữ liệu

• In ấn và trình bày các dữ liệu

• Chuyển đổi dữ liệu( bảo quản, sử dụng và phân tích)

• Giao tiếp với người sử dụng

Từ tiến trình vận hành và khai thác hệ thống, hai nhóm người đã hình thành: người dùng trong hệ thống( internal user) và người dùng ngoài hệ thống( external user)

Người dùng trong hệ thống là một thành phần của hệ thống, đó

là những người làm việc trực tiếp với hệ thống thiết bị phần cứng, phần mềm và cơ sở dữ liệu

Người dùng ngoài hệ thống không phải là thành phần của hệ thống Nhóm người này sử dụng những kết quả phân tích của hệ thống

để ra quyết định

Hệ thống càng hữu hiệu khi số người dùng ngoài hệ thống càng nhiều hoặc người dùng ngoài hệ thống đặt ra nhiều bài toán yêu cầu hệ thống phải

xử lý

Người dùng trong hệ thống được chia thành ba nhóm chính: nhóm một

là quản trị hệ thống, nhóm hai là chuyên viên kỹ thuật GIS và nhóm ba là kỹ thuật viên GIS

Nhân lực trong hệ thống được phân bố theo sơ đồ hình tháp

Hình 2.9 : Sơ đồ phân bố nhân lực trong GIS

+ Nhóm một có số lượng người tham gia ít nhất và nhóm ba có

số lượng người tham gia nhiều nhất

+Nhóm quản trị hệ thống là những người tiếp nhận và phân tích các yêu cầu, bài toán của những người dùng ngoài hệ thống và xây dựng thành các giải thuật cho nhóm hai thực hiện

Nhóm chuyên viên GIS có chức năng thực hiện, phát triển các giải thuật thành các ứng dụng trên cơ sở dữ liệu GIS

Nhóm kỹ thuật viên GIS là những người làm việc, thao tác trực tiếp trên các thiết bị phần cứng, phần mềm để thu thập, nhập dữ liệu, lưu dữ liệu, hiển thị dữ liệu và thực hiện các tác nghiệp thường xuyên

2.2.2.5 Chính sách và quản lý

Đây là hợp phần rất quan trọng đảm bảo khả năng hoạt động của

hệ thống, là yếu tố quyết định sự thành công của việc phát triển công nghệ GIS Hệ thống GIS cần được điều hành bởi một bộ phận quản lý,

bộ phận này phải được bổ nhiệm để tổ chức hoạt động hệ thống GIS một cách có hiệu quả để phục vụ người sử dụng thông tin

Hình 2.10 : Mô hình điều khiển GIS

2.2.3 Các chức năng của hệ thống thông tin địa lý

Hệ thống GIS gồm có bốn chức năng chính[2]: thu thập; tổ chức và lưu trữ dữ liệu; truy vấn, phân tích dữ liệu không gian địa lý và hiển thị dữ liệu

2.2.3.1 Thu thập dữ liệu( Gis Data Acquisition)

Trong giai đoạn đầu, dữ liệu GIS chủ yếu được khởi tạo từ nguồn bản đồ giấy và các bảng biểu, số liệu ghi nhận trên giấy thông qua các công đoạn số hóa bản đồ và nhập liệu

Tuy nhiên, thế mạnh của GIS nằm ở khả năng tích hợp GPS (Global Positioning System) và RS( Remote Sensing)

Ngoài ra, GIS cũng sử dụng một số công nghệ thu thập dữ liệu khác như hệ thống thu thập dữ liệu tự động SCADA( Supervisory Control And Data Acquisition)…

Hình 2.11 : Thu thập dữ liệu cho GIS

2.2.3.2 Lưu trữ dữ liệu( Data storing)

Dữ liệu địa lý thể hiện thế giới thực được quản lý trong GIS theo các mô hình dữ liệu nhất định Dữ liệu thuôc tính thường được quản lý dưới dạng mô hình quan hệ, trong khi dữ liệu không gian được quản lý dưới dạng mô hình dữ liệu vector và raster

Tiến trình phát triển lưu trữ dữ liệu:

GeoDatafile: dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính độc

lập nhau, được tạo liên kết khi ứng ụng và được tổ chức dưới dạng các tập tin, thư mục

GeoDatabase: dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính

được tạo ràng buộc, liên kết và được tổ chức thành một khối thống nhất

Mô hình thuộc tính:

Mô hình một người dùng

Mô hình nhiều người dùng

Mô hình nhiều người dùng trên mạng internet

2.2.3.3 Truy vấn và phân tích dữ liệu

Phân tích dữ liệu trong GIS được chia làm hai loại sau:

Phân tích trên dữ liệu thuộc tính: các phân tích này liên quan đến các phân tích thống kê, các truy vấn được thực hiện trên dữ liệu không gian

Phân tích trên dữ liệu không gian: các phân tích này liên quan đến các phép toán chỉ có thể thực hiện được trên các vị trí, các đối tượng trên bản đồ

2.2.3.4 Hiển thị dữ liệu

Hiển thị các thông tin địa lý sau các quá trình truy vấn, phân tích, cập nhật dữ liệu là một chức năng quan trọng và là một thế mạnh của GIS

Trong GIS, thông tin địa lý có thể biên tập tùy ý theo người sử dụng Tuy nhiên, trong quá trình biên tập các ký tự, các biểu mẫu phải gần gũi, dễ hiểu với con người và tuân theo các chuẩn quy định

2.2.4 Ứng dụng của hệ thống thông tin địa lý

2.2.4.1 Những ngành có liên quan đến GIS

GIS là sự hội tụ các lĩnh vực công nghệ và các ngành truyền thống GIS được coi là công nghệ xúc tác vì tiềm năng to lớn của nó đối với phạm vi các ngành có liên quan đến dữ liệu không gian

GIS hợp nhất các số liệu mang tính chuyên ngành lại bằng cách tổng hợp mô hình hóa và phân tích

Tìm kiếm địa chỉ, xác định vị trí

Đường giao thông và sơ đồ

Phân tích vị trí, chọn khu vực xây dựng

Phát triển các kế hoạch dự phòng

+ Quản lý tài nguyên thiên nhiên

Quản lý gió và thủy hệ, các nguồn nhân tạo, bình đồ lũ, vùng ngập úng, đất ngập úng, rừng, vùng tự nhiên

Phân tích xu hướng môi trường

Phân tích cảnh quan

Mô hình hóa nước ngầm và nguồn ô nhiễm

Phân tích phân bố dân cư, quy hoạch tuyến di dân

+ Quản lý hệ thống nước điện ga

+ Quản lý quy hoạch

Phân vùng quy hoạch sử dụng đất

Các hiện trạng xu thế môi trường

Quản lý chát lượng nước

+ Quản lý thiết bị, tài sản

2.2.5 Khả năng ứng dụng GIS vào ngành điện

Hệ thống GIS sẽ giúp giải quyết nhiệm vụ khó khăn về nhu cầu cung

Cung cấp tình trạng lưới điện gần với thời gian thực về các

sự cố bất ngờ, các công tác xây dựng và bảo trì

Thể hiện thông tin các thiết bị điện liên quan

Quản lý hành lang an toàn lưới điện

Tính toán tổn thất điện năng

Tính toán độ tin cậy của hệ thống điện

Quản lý khách hàng sử dụng điện

2.2.5.2 Ý nghĩa

Tính toán đầy đủ các thông số vận hành trong từng thời điểm

cụ thể, đối chiếu với số liệu thực tế để vận hành lưới điện trong chế độ vận hành linh hoạt, an toàn với tổn thất là thấp nhất

Phân tích hệ thống một cách nghiêm ngặt hơn nhằm xác định tăng phụ tải như thế nào và ở đâu trước khi củng cố hệ thống

Vận hành tốt các tụ bù cố định và ứng động Bố trí lắp đặt đúng vị trí, dung lượng và loại tụ bù tại các thời điểm trên lưới phù hợp theo từng giai đoạn và từng chế độ vận hành