Ứng dụng GIS trong quy hoạch trạm BTS VNPT Đà Nẵng

Lý do chọn đề tài Hiện nay, hệ thống cơ sở hạ tầng viễn thông Đà Nẵng được đầu tư và phát triển rộng khắp, hệ thống cáp quang được kéo đến 96% trung tâm các xã; mạng lưới trạm thu phát

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TSKH TRẦN QUỐC CHIẾN

Phản biện 1: TS Huỳnh Hữu Hưng

Phản biện 2: TS Nguyễn Quang Thanh

Luận văn đã được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận văn Thạc sĩ ngành Hệ thống thông tin tại Trường Đại học Sư Phạm vào ngày 7 tháng 01 năm 2017

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay, hệ thống cơ sở hạ tầng viễn thông Đà Nẵng được đầu

tư và phát triển rộng khắp, hệ thống cáp quang được kéo đến 96% trung tâm các xã; mạng lưới trạm thu phát sóng được phát triển mạnh mẽ, toàn tỉnh đã có trên 1.000 trạm BTS phủ sóng trên hầu hết các khu vực trên địa bàn tỉnh, mạng 2G, 3G cũng đã được phủ sóng đến trung tâm các huyện, xã, các khu công nghiệp, trên 500 trạm viễn thông, hơn

1000 điểm cung cấp dịch vụ viễn thông, internet Nhìn chung, mạng lưới cơ sở hạ tầng viễn thông trên địa bàn tỉnh Đà Nẵng cơ bản đã đáp ứng được nhu cầu sử dụng thông tin của người dân trên địa bàn tỉnh từ thành thị đến nông thôn, miền núi

Hiện tại các số liệu này được Sở Thông tin và Truyền cũng như VNPT Đà Nẵng cập nhật và lưu trữ nhưng vẫn còn riêng lẽ, dưới nhiều định dạng khác nhau Dữ liệu quản lý và lưu trữ chủ yếu là dữ liệu trên giấy và dạng dữ liệu điện tử, bao gồm các file Word, Excel, chưa hệ thống hóa thành một cơ sở dữ liệu thống nhất, chưa có cơ sở dữ liệu nền chung, thống nhất nên việc cập nhật, thống kê, xử lý thông tin còn nhiều hạn chế và tốn thời gian Hiện tại chưa có công cụ hỗ trợ tốt trong việc kết hợp các thông tin về hiện trạng mạng lưới, thông tin về quy hoạch, chưa được gắn liền với bản đồ số nên gây ra khó khăn trong công tác quy hoạch, quản lý việc phát triển hạ tầng mạng viễn thông trên địa bàn tỉnh Từ đó làm cho công tác quản lý, thẩm định, thanh kiểm tra phải mất nhiều thời gian, chưa khoa học, chưa có kết nối dữ liệu từ thành phố đến huyện, từ Sở Thông tin và Truyền hông đến các doanh nghiệp bưu chính, viễn thông, đến các cơ quan quản lý liên quan Tư những lý do trên, nhằm ứng dụng công nghệ thông tin trong

công tác quản lý nhà trạm, cũng như quy hoạch các tuyến cáp viễn thông mà em chọn đề tài: “ỨNG DỤNG GIS TRONG QUY HOẠCH TRẠM BTS CỦA VNPT ĐÀ NẴNG”

2 Mục tiêu nghiên cứu

2.1 Mục tiêu tổng quát

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GIS nâng cao hiệu quả quản lý

về hạ tầng viễn thông, trong đó chú trọng quản lý việc phát triển, giám sát hạ tầng ngầm cáp viễn thông và việc quản lý khoảng cách giữa các trạm BTS, quản lý dùng chung trạm BTS tại thành phố

Tăng khả năng dùng chung hạ tầng, định hướng cho việc quy hoạch phát triển trạm BTS trên địa bàn thành phố Đà Nẵng

3 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu và đề xuất mô hình hệ thống thông tin địa lý quản

lý hạ tầng viễn thông và quản lý khoảng cách giữa hai trạm BTS bất

kỳ trên địa bàn thành phố Đà Nẵng phù hợp với phân hệ tích hợp trong

Xây dựng phần mềm cho phép xem, truy vấn, hỗ trợ một số chức

năng cơ bản quản lý trạm BTS

4 Nội dung nghiên cứu

1) Khảo sát và đánh giá hạ tầng ngầm cáp viễn thông và trạm BTS của doanh nghiệp khu vực thành phố Đà Nẵng

2) Nghiên cứu bài toán quản lý, quy hoạch trạm BTS (phạm vi nghiên cứu quy hoạch khoản cách giữa hai trạm bất kỳ) và hạ tầng ngầm cáp viễn thông khu vực thành phố Đà Nẵng

3) Xây dựng bản đồ quản lý hạ tầng trạm BTS khu vực thành phố

Đà Nẵng

4) Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng phần mềm mô phỏng và hạ tầng ngầm cáp viễn thông trên công nghệ GIS

5 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài xác định mục tiêu nghiên cứu ứng dụng GIS trong quản

lý hạ tầng ngầm cáp viễn thông và trạm BTS trên địa bàn thành phố

Đà Nẵng Phương pháp nghiên cứu sẽ tiếp cận các thành quả khoa học công nghệ hiện nay như công nghệ thông tin, khoa học thông tin địa

lý, lý thuyết đồ thị, cơ sở hạ tầng viễn thông và phương pháp quy hoạch

và quản lý đô thị

6 Bố cục của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, các phụ lục đính kèm, luận văn được trình bày trong 3 chương:

Chương 1: Nghiên cứu tổng quan

Chương 2: Xây dựng hệ thống GIS quản lý và quy hoạch trạm BTS

Chương 3: Xây dựng phần mềm ứng dụng GIS quản lý và quy

hoạch trạm BTS

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ

1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ

1.5.3 Lưu trữ và truy cập dữ liệu

1.5.4 Tìm kiếm và phân tích không gian

1.5.5 Hiển thị đồ họa và tương tác

1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG

Trong chương này, luận văn tìm hiểu tổng quan về GIS và những ứng dụng thực tiễn sử dụng công nghệ GIS giúp người đọc có cái nhìn tổng quan về GIS

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIS

2.1 TỔNG QUAN VỀ BTS

2.2 KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ HẠ TẦNG CÁP VIỄN THÔNG

Hiện nay, hệ thống cơ sở hạ tầng viễn thông Đà Nẵng được đầu tư

và phát triển rộng khắp, hệ thống cáp quang được kéo đến 96% trung tâm các xã; mạng lưới trạm thu phát sóng được phát triển mạnh mẽ, toàn tỉnh đã có trên 1.000 trạm BTS phủ sóng trên hầu hết các khu vực trên địa bàn tỉnh, mạng 2G, 3G cũng đã được phủ sóng đến trung tâm các huyện, xã, các khu công nghiệp, trên 500 trạm viễn thông, hơn 1000 điểm cung cấp dịch vụ viễn thông, internet đang hoạt động của các nhà mạng gồm: Viettel, Mobifone, VinaPhone, Vietnam Mobile và G-mobile Trong đó các nhà mạng Viettel, Mobifone, VinaPhone có số lượng lớn hơn cả Nhìn chung, mạng lưới cơ sở hạ tầng viễn thông trên địa bàn tỉnh Đà Nẵng cơ bản đã đáp ứng được nhu cầu sử dụng thông tin của người dân trên địa bàn tỉnh từ thành thị đến nông thôn, miền núi

Bảng 2.1 Bảng thống kê một số khu vực hành chính từ dữ liệu thu

thập được về hệ thống BTS VNPT tại Đà Nẵng

Khu vực hành chính Số lượng

BTS

Diện tích (km2) và tỉ lệ trạm/km2

Quận Hải Châu 60 21.35; tỉ lệ: 2.86 trạm/km2 Quận Cẩm Lệ 35 33,76; tỉ lệ: 1.03 trạm/km2 Quận Thanh Khê 35 9.36; tỉ lệ: 0.33trạm/km2 Quận Liên Chiểu 80 79.13; tỉ lệ: 1.01trạm/km2 Quận Ngũ Hành Sơn 30 38,59; tỉ lệ: 0.7trạm/km2 Quận Sơn Trà 35 59,32; tỉ lệ: 0.59trạm/km2 Huyện Hòa Vang 78 736,91; tỉ lệ: 0.1trạm/km2

2.3 KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ HẠ TẦNG CÁP VIỄN THÔNG 2.3.1 Giải pháp hệ thống WebGis

a WebGIS là gì?

b Kiến trúc WebGIS

Hình 2.3 Các bước xử lý trong ứng dụng WebGIS

c Kiến trúc triển khai

d Chiến lược phát triển

e Mô hình vật lý của hệ thống

g Mô hình logic của hệ thống

Hình 2.12 Mô hình lôgic của hệ thống

h Kiến trúc hệ thống

Hệ thống được thiết kế với 3 tầng khác nhau như sau:

Hình 2.13 Mô hình 3 tầng trong thiết kế kiến trúc

i Hệ thống phần mềm nền

k Cơ chế hoạt động của hệ thống

2.3.2 Giải pháp phần mềm ứng dụng GIS quản lý trạm BTS

a Các chức năng cơ bản của hệ thống bản đồ cáp viễn thông BTS

1- Hiển thị dữ liệu không gian, bật, tắt các lớp có sẵn

2- Hiển thị tọa độ không gian (kinh, vĩ)

3- Pan, zoom out, zoom in

4- Scale (tỷ lệ, thay đổi đơn vị tỷ lệ)

5- Các công cụ nhỏ: đo khoảng cách, đo diện tích …

6- Truy vấn thông thường: theo tọa độ, theo thuộc tính

7- Bật, tắt bảng thuộc tính

8- Hiển thị các graph (biểu đồ)

9- Hiển thị dữ liệu nền từ server của Esri chẳng hạn: ảnh vệ tinh, dữ liệu street,

b Các chức năng nâng cao của hệ thống bản đồ cáp viễn thông BTS

1- Truy vấn các bảng dữ liệu, trả về bảng thuộc tính kết quả 2- Hiển thị multimedia (video clip, file excel, file pdf, …) khi click vào link trong bảng thuộc tính của một điểm cáp viễn thông BTS 3- Sửa xóa, cập nhật ngay trên dữ liệu nền (vẽ thêm, xóa điểm BTS, …)

c Phân quyền chức năng đối với người dùng

1- Quản trị người dùng

2- Phân quyền người dùng

d Công nghệ và hệ quản trị cơ sở dữ liệu triển khai của hệ thống bản đồ cáp viễn thông BTS

2.4 QUY HOẠCH TRẠM BTS TRÊN ĐỊA BÀN TP ĐÀ NẴNG 2.4.1 Phân tích và lựa chọn giải pháp quy hoạch trạm BTS phù hợp với TP Đà Nẵng

a Cơ sở lập quy hoạch

2.4.2 Quy hoạch trạm BTS tại thành phố Đà Nẵng

Thành phố Đà Nẵng với đặc thù là thành phố du lịch và có nhiều

di tích lịch sử nên mỗi phường đều có các phương án tính toán trạm BTS khác nhau nhằm đảm bảo các quy định của thành phố và bảo vệ cảnh quan môi trường đồng thời đảm bảo vùng phủ sóng cho các nhà mạng, do vậy việc quy hoạch để tính toán lượng trạm BTS ta chọn giải pháp dựa vào diện tích đất phục vụ và áp dụng công thức tính toán như

đã phân tích Thành phố Đà Nẵng với 56 phường, mỗi phường có đặc thù riêng về diện tích đất phục vụ và lưu lượng dân đang sống và di cư

từ các nơi khác đến, do vậy ta phân chia theo nhiều cụm như sau:

Đối với các phường nội thành (khu vực 1): Hải Châu, Thanh Khê, An Hải Bắc, An Trung, An Thượng…

Do đặc thù của các phường này thuộc khu vực nội thành được bảo vệ về chiều cao xây dựng, do vậy UBND TP chỉ cho phép xây dựng các trạm BTS cao không quá 21 mét tính từ mặt đất, điều này đã hạn chế vùng phủ sóng của các nhà mạng, do vậy để đảm bảo vùng phủ sóng cho các nhà mạng thì khoảng cách lựa chọn giữa 2 trạm BTS của một nhà mạng cần phải gần hơn cho nên ta chọn khoảng cách cho

2 trạm áp dụng các phường nội thành khoảng 200 mét

Đối với các phường (khu vực 2): Hòa Hải, Hòa Quý, Túy Loan…

Do đặc thù của các phường này mật độ tập trung dân cư không nhiều như các phường khác, diện tích vườn cũng còn khá nhiều nên xây dựng được nhiều trạm BTS loại 1 cao từ 36 mét đến 45 mét, do đó vùng phủ sóng sẽ rộng hơn nên ta chọn phương án khoảng cách giữa 2 trạm BTS của một nhà mạng là 400 mét

2.4.3 Áp dụng bài toán để đưa vào bản đồ GIS tính toán

Sau khi đã phân tích đặc thù của mỗi phường ta dựa vào các công thức để tính toán lượng trạm BTS, đồng thời ta cần dựa vào bản

đồ nền GIS để miêu tả cách tính toán cụ thể như sau:

- Lấy một tọa độ BTS bất kỳ (trong một phường) để làm chuẩn, khoanh vùng “quét” quanh tọa độ trạm BTS làm chuẩn tại một khu vực có bán kính XYZ mét (bán kính từ 200 mét, 300 mét và 400 mét)

để tính toán số lượng trạm BTS tương ứng với mỗi phường – Đây là

số các trạm dự báo có thể được phát triển trong vùng quét

- Nếu trong vùng quét, sau khi tính toán số lượng trạm cần thiết, chúng ta so sánh với số lượng các trạm đã có:

+ Nếu số lượng trạm hiện có đã đáp ứng đủ vùng phủ, thì chuyển sang tính toán cho việc sử dụng chung hạ tầng đối với các trạm liền kề vi phạm khoảng cách giữa 2 trạm – Đây là trường hợp

mở rộng của bài toán quy hoạch trạm BTS

+ Nếu chưa đủ số lượng trạm phủ thì việc xác định số trạm phải phát triển thêm sẽ dựa vào khoảng cách và mật độ các trạm trong vùng quét để xác định vùng có thể phát triển mới các trạm Việc phát triển mới các trạm phải tuân thủ việc sử dụng chung hạ tầng hoặc sử dụng các công nghệ xây dựng trạm BTS mới để đảm bảo mỹ quan đô thị Kết hợp với việc tính toán ta có được lượng trạm BTS cho phép theo từng khu vực và dựa vào bài toán quét tọa độ ta phân bổ lại cho phù hợp vị trí trạm cần đưa vào quy hoạch mà không cần phải khảo sát Đây là một giải pháp khả thi nhất để giúp cho người quản lý biết được vị trí cần xây dựng của các nhà mạng phải xây dựng

Bài toán này tính được số trạm cần phải lắp đặt trong mỗi phường

và bắt buộc các doanh nghiệp phải dùng chung hạ tầng, trường hợp có nhiều nhà mạng mà chiều cao trạm BTS không đáp ứng cho nhiều nhà mạng dùng chung thì lúc đó các nhà mạng phải sử dụng các loại trạm BTS ngụy trang hoặc tìm những vị trí nhà cao từng để lắp đặt trạm BTS mà không dựng cột Nếu nhu cầu xây dựng các trạm BTS của các Doanh nghiệp càng nhiều và vượt quá tính toán số lượng trạm BTS đã quy hoạch thì khuyến cáo các doanh nghiệp nghiên cứu úng dụng các trạm BTS ngụy trang và trạm BTS không dựng cột hoặc có thể roaming mạng

2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG

Nội dung chương này, mô tả tổng quan và phương thức hoạt động của trạm BTS và WebGis Phương thức hoạt động của một OpenGIs Mô tả các chức năng và mô hình ứng dụng, bài toán quy hoạch trạm BTS Dựa vào những mô tả trên để xây dựng ứng dụng

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG ỨNG DỤNG GIS QUẢN LÝ VÀ

QUY HOẠCH TRẠM BTS

3.1 YÊU CẦU CHỨC NĂNG HỆ THỐNG

chú

1 Hiển thị dữ liệu không gian, bật, tắt các lớp có sẵn

2 Hiển thị tọa độ không gian (kinh, vĩ)

3 Pan, zoom out, zoom in

4 Scale (tỷ lệ, thay đổi đơn vị tỷ lệ)

5 Các công cụ nhỏ: đo khoảng cách, đo diện tích …

6 Truy vấn các bảng dữ liệu, trả về bảng thuộc tính

kết quả

7

Hiển thị multimedia (video clip, file excel, file pdf,

…) khi click vào link trong bảng thuộc tính của một

điểm cáp viễn thông BTS

8 Sửa xóa, cập nhật ngay trên dữ liệu nền (vẽ thêm,

xóa điểm BTS, …)

9 Quản trị người dùng

10 Phân quyền người dùng

3.2 MÔ TẢ SƠ ĐỒ USE-CASE

e Quản lý điểm BTS

3.2.2 Danh sách các Actor

STT Tên Actor Ý nghĩa / Ghi chú

1 Người dùng Khai thác thông tin bản đồ BTS

Quản trị Quản lý người dùng và quản lý dữ liệu

Sửa thông tin điểm BTS

3.2.3 Danh sách các Use-case

STT Tên Use-case Ý nghĩa / Ghi chú

Xem danh người dùng Xem danh người dùng

Thêm người dùng Thêm người dùng

Sửa người dùng Sửa người dùng

Xóa người dùng Xóa người dùng

Xem quyền người dùng Xem quyền người dùng Chọn quyền người dùng Chọn quyền người dùng Hủy quyền người dùng Hủy quyền người dùng Xem nhật ký người dùng Xem nhật ký người dùng Tìm kiếm nhật ký người

dùng

Tìm kiếm nhật ký người dùng

Xóa nhật ký người dùng Xóa nhật ký người dung

Hiển thị dữ liệu không

Pan, zoom out, zoom in Pan, zoom out, zoom in

Scale (tỷ lệ, thay đổi đơn vị

tỷ lệ)

Scale (tỷ lệ, thay đổi đơn vị tỷ lệ)

Các công cụ nhỏ: đo

khoảng cách, đo diện tích

Các công cụ nhỏ: đo khoảng cách, đo diện tích …

STT Tên Use-case Ý nghĩa / Ghi chú

Hiển thị multimedia

(video clip, file excel, file

pdf, …) khi click vào link

Sửa xóa, cập nhật ngay

trên dữ liệu nền (vẽ thêm,

xóa điểm BTS, …)

Sửa xóa, cập nhật ngay trên dữ liệu nền (vẽ thêm, xóa điểm BTS, …)

3.3 ĐẶC TẢ USE-CASE

3.3.1 Nhóm Use-case Quản lý người dùng

Tên use-case Quản lý người dùng

Người quản trị đã thực hiện đăng nhập hệ thống và

Mở chức năng Quản lý người dùng

Điều kiện sau

Dòng sự kiện Thực hiện bởi tác nhân Thực hiện bởi hệ thống

1.1 Người quản trị Mở giao diện Quản lý người dùng

Hệ thống hiển thị danh sách người dùng đã có 1.2 Người quản trị cập Người quản trị có thể tìm

nhật người dùng kiếm người dùng, thêm

người dùng mới, sửa, xóa những người dùng

đã có

Ghi chú

3.3.2 Nhóm Use-case Phân quyền người dùng

3.3.3 Nhóm Use-case Quản lý nhật ký người dùng

a Nhóm Use-case Khai thác thông tin bản đồ

b Nhóm Use-case Quản lý điểm BTS

3.4 BIỂU ĐỒ HOẠT ĐỘNG (ACTIVITY DIAGRAM)

Các ký hiệu

3.4.1 Quản trị người dùng

3.4.2 Phân quyền người dùng

3.4.3 Khai thác điểm thông tin bản đồ

Kiểm tra thông tin Xóa điểm BTS

Xóa khỏi hệ thống Đúng Sai

shapefile Đà Nẵng, trong đó chứa thông tin về tên quận/huyện

và cột kiểu dữ liệu không gian

b Dữ liệu phủ sóng

3.5.2 Phương pháp nghiên cứu

Nội dung thực hiện đề tài

3.5.3 Chi tiết quy trình thực hiện

a Thu thập dữ liệu

b Xây dựng mô hình lớp dữ liệu không gian phủ sóng trên tất

cả các hướng của m điểm phát sóng BTS

BTS

ID ID_Xa kinhdobts vidobts loaitram Vitribts

ThongSo

ID ID_Xa kinhdobts vidobts loaitram Vitribts

QuanTri

Quantri_id* Tendangnhap Matkhau