Luận văn ứng dụng GIS xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ giám sát công viên địa chất

Việc xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ công tác giám sát công viên địa chất bằng phần mềm ArcGIS là giải pháp rất hiệu quả để tổ chức quản lý và triển khai các hệ thống thông tin lớn đ

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

PHẠM DUY TÙNG

ỨNG DỤNG GIS XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ GIÁM SÁT CÔNG VIÊN ĐỊA CHẤT

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2019

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Cán bộ hướng dẫn: TS Bùi Thị Hồng Thắm

Cán bộ chấm phản biện 1: PGS.TS Doãn Hà Phong

Cán bộ chấm phản biện 2: TS Trịnh Thị Hoài Thu

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:

HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Ngày 19 tháng 01 năm 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chính xác

Hà Nội, ngày 16 tháng 01 năm 2019

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Phạm Duy Tùng

LỜI CẢM ƠN

Luận văn được hoàn thành theo chương trình đào tạo Cao học Khoa Trắc địa - Bảnđồ và Thông tin địa lý, chuyên ngành Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ tại Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

Để thực hiện luận văn này ngoài sự nỗ lực của bản thân, em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Bùi Thị Hồng Thắm, người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ và đóng góp nhiều ý kiến quý báu trong quá trình thực hiện

đề tài này

Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, phòng Đào tạo cùng toàn thể các thầy, cô thuộc khoa Trắc địa - Bản đồ, trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã tạo một môi trường tốt cho em hoàn thành luận văn này

Đề tài luận văn được hoàn thành với sự tài trợ của Bộ Tài nguyên và Môi trường về nhiệm vụ khoa học và công nghệ cấp Bộ: “Nghiên cứu ứng dụng viễn thám và GIS trong giám sát công viên địa chất”, mã số TNMT.2018.03.02 do

TS Bùi Thị Hồng Thắm làm chủ nhiệm Em trân trọng cảm ơn sự hỗ trợ nghiên cứu này

Xin trân trọng cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

TÓM TẮT LUẬN VĂN v

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ viii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ GIÁM SÁT CÔNG VIÊN ĐỊA CHẤT 4

1.1 Khái quát về công viên địa chất 4

1.1.1 Khái quát về di sản 4

1.1.2 Khái quát về di sản địa chất và công viên địa chất 8

1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu ứng dụng GIS xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ giám sát công viên địa chất 12

1.2.1 Trên thế giới 12

1.2.2 Ở Việt Nam 13

1.3 Vấn đề nghiên cứu của đề tài 13

Chương 2 CƠ SỞ KHOA HỌC TRONG XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ GIÁM SÁT CÔNG VIÊN ĐỊA CHẤT 15

2.1 Mục đích, yêu cầu của cơ sở dữ liệu phục vụ giám sát công viên địa chất 15 2.1.1 Mục đích của việc xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ giám sát công viên địa chất 15

2.1.2 Yêu cầu của việc xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ giám sát công viên địa chất 16

2.2 Thiết kế cơ sở dữ liệu 16

2.2.1 Các mô hình dữ liệu 16

2.2.2 Thiết kế cơ sở dữ liệu phục vụ giám sát công viên địa chất 21

2.3 Thu thập dữ liệu 30

2.4 Chuẩn hóa dữ liệu 31

2.5 Cập nhật và khai thác sử dụng cơ sở dữ liệu phục vụ giám sát công viên địa chất 31

Chương 3 THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ GIÁM SÁT CÔNG VIÊN ĐỊA CHẤT 32

3.1 Khái quát về khu vực thực nghiệm 32

3.2 Khái quát nguồn dữ liệu đầu vào 34

3.3 Xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ giám sát công viên địa chất 36

3.3.1 Thiết kế cơ sở dữ liệu phục vụ giám sát công viên địa chất 36

3.3.2 Cơ sở dữ liệu phục vụ giám sát công viên địa chất 42

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined.

và công viên địa chất Việc xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ công tác giám sát công viên địa chất bằng phần mềm ArcGIS là giải pháp rất hiệu quả để tổ chức quản lý và triển khai các hệ thống thông tin lớn đem lại hiệu quả thiết thực cho công tác quản lý Nhà nước về tài nguyên thiên nhiên nói chung, công viên địa chất nói riêng, đặt biệt là vấn đề đồng bộ dữ liệu quản lý giữa các cấp

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

3 CVĐC Công viên địa chất

4 DSĐC Di sản địa chất

5 CSDL Cơ sở dữ liệu

6 HTTTĐL Hệ thống thông tin địa lý

7 IUGS International Union of Geological Sciences - Hiệp hội địa

chất Quốc tế

8 WHC World Heritage Committee - Uỷ ban di sản thế giới

9 IUCN International Union for Conservation of Nature - Hiệp hội

bảo tồn thiên nhiên Quốc tế

10 CNTT Công nghệ thông tin

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Các lớp thông tin cơ sở dữ liệu công viên địa chất 23

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 2.1 Cấu trúc CSDL phục vụ giám sát công viên địa chất 21

Hình 2.2 Lớp cơ sở dữ liệu công viên địa chất 23

Hình 3.1 Hình ảnh khu vực thực nghiệm cao nguyên đá Đồng Văn 32

Hình 3.2 Hóa thạch Tay cuộn, phát hiện tại xã Ma Lé, huyện Đồng Văn 33

Hình 3.3 Hóa thạch Cá cổ ở Lũng Cú, Đồng Văn 33

Hình 3.4 Hệ quy chiếu 37

Hình 3.5 Cơ sở đo đạc 37

Hình 3.6 Biên giới địa giới 38

Hình 3.7 Địa hình 38

Hình 3.8 Thủy hệ 39

Hình 3.9 Giao thông 39

Hình 3.10 Dân cư, cơ sở hạ tầng 40

Hình 3.11 Phủ bề mặt 40

Hình 3.12 Công viên địa chất 41

Hình 3.13 Lựa chọn công cụ chuyển đổi dữ liệu 42

Hình 3.14 Chuyển đổi dữ liệu từ định dạng *.tab sang định dạng *.shp 43

Hình 3.15 Đường dẫn để nhập dữ liệu vào lớp đối tượng 43

Hình 3.16 Lựa chọn dạng đối tượng tương thích 44

Hình 3.17 Cách kiểm tra lỗi Topology 45

Hình 3.18 CSDL của lớp điểm cơ sở quốc gia 45

Hình 3.19 Thuộc tính của lớp điểm cơ sở quốc gia 46

Hình 3.20 Thuộc tính của lớp đường biên giới 46

Hình 3.21 CSDL của lớp đường địa giới 47

Hình 3.22 Thuộc tính của lớp đường địa giới 47

Hình 3.23 CSDL của lớp địa danh sơn văn 47

Hình 3.24 Thuộc tính của lớp địa danh sơn văn 48

Hình 3.25 CSDL lớp điểm độ cao 48

Hình 3.26 Thuộc tính lớp điểm độ cao 48

Hình 3.27 CSDL lớp đường bình độ 49

Hình 3.28 Thuộc tính lớp đường bình độ 49

Hình 3.29 CSDL lớp thủy hệ 50

Hình 3.30 Thuộc tính lớp thủy hệ 50

Hình 3.31 CSDL lớp đường nội bộ 51

Hình 3.32 Thuộc tính lớp đường nội bộ 51

Hình 3.33 CSDL lớp nhà 51

Hình 3.34 Thuộc tính lớp nhà 52

Hình 3.35 CSDL lớp ranh giới phủ bề mặt 52

Hình 3.36 Thuộc tính lớp ranh giới phủ bề mặt 52

Hình 3.37 CSDL lớp điểm di sản 53

Hình 3.38 Thuộc tính lớp điểm di sản 53

Hình 3.39 CSDL lớp cụm di sản 54

Hình 3.40 Thuộc tính lớp cụm di sản 54

Hình 3.41 CSDL lớp địa tầng 55

Hình 3.42 Thuộc tính lớp địa tầng 55

Hình 3.43 CSDL lớp đứt gãy 56

Hình 3.44 Thuộc tính lớp đứt gãy 56

Hình 3.45 CSDL lớp ranh giới địa chất 56

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Công viên địa chất là một khu vực có ranh giới địa lý - hành chính rõ ràng

và đủ rộng để hỗ trợ các hoạt động phát triển kinh tế và văn hóa ở địa phương (chủ yếu dưới hình thức phát triển du lịch) Nó gồm một số di sản địa chất quan trọng tầm cỡ quốc gia hoặc quốc tế ở mọi kích cỡ, hoặc tập hợp các thực thể địa chất đặc biệt về mặt khoa học, vẻ đẹp hoặc độ hiếm gặp, đại diện cho lịch sử phát triển, các sự kiện cũng như quá trình địa chất hình thành nên khu vực đó Bên cạnh các giá trị địa chất - địa mạo, trong phạm vi công viên địa chất còn hội tụ được các giá trị khác về cảnh quan, đa dạng sinh học, văn hóa, lịch sử, khảo

cổ, kinh tế,… và đặc biệt, khác với một khu bảo tồn thiên nhiên thông thường

Việt Nam là một trong những quốc gia ở khu vực Đông Nam Á rất giàu tiềm năng du lịch di sản, trong đó có công viên địa chất Quá trình hình thành và phát triển địa hình, địa chất, tạo hóa đã ban cho nước ta nhiều cảnh quan thiên nhiên kỳ vĩ, đó là những cảnh quan địa mạo, các di chỉ cổ sinh, các hang động, hẻm vực, sông hồ tự nhiên, các thác nước đã lộ diện hay đang tiềm ẩn chưa phát

lộ Theo định nghĩa của UNESCO, tất cả những cảnh quan đó được gọi chung là phần tài nguyên có giá trị nổi bật về khoa học, giáo dục, thẩm mỹ và kinh tế Cũng như các di sản khác, di sản địa chất là tài nguyên không tái tạo, một khi mất đi là khó có thể phục hồi Do đó, di sản địa chất cần phải được bảo vệ, bảo tồn, quản lý, khai thác hợp lý và phát huy các giá trị nổi bật của nó để phục vụ phát triển kinh tế - xã hội của đất nước nói chung, của các địa phương sở hữu di sản địa chất nói riêng

Ngày nay, sự phát triển kinh tế xã hội, cùng với sự gia tăng dân số đặc biệt là sự phát triển của ngành công nghiệp và quá trình đô thị hóa kèm theo đó

là sự ô nhiễm môi trường đã và đang hủy hoại các công viên địa chất nói chung,

di sản địa chất nói riêng Nhu cầu cấp thiết hiện nay là bảo vệ và giữ gìn các công viên địa chất nói chung, di sản địa chất nói riêng Để đạt được yêu cầu đó thì việc xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ giám sát công viên địa chất là hết sức cần thiết

Ngày nay, hệ thống thông tin địa lý (GIS - Geographical Information System) là công cụ trợ giúp quyết định trong nhiều hoạt động kinh tế - xã hội,

quốc phòng của nhiều quốc gia trên thế giới GIS có khả năng trợ giúp các cơ quan chính phủ, các nhà quản lý, các doanh nghiệp, các cá nhân, đánh giá được hiện trạng của các quá trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua các chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thông tin được gắn với một nền hình học (bản đồ) nhất quán trên cơ sở toạ độ của các

dữ liệu đầu vào Do các ứng dụng GIS trong thực tế quản lý nhà nước có tính đa dạng và phức tạp xét cả về khía cạnh tự nhiên, xã hội lẫn khía cạnh quản lý, những năm gần đây GIS thường được hiểu như một hệ thống thông tin đa quy

mô và đa tỷ lệ Tuỳ thuộc vào nhu cầu của các người sử dụng mà hệ thống có thể phải tích hợp thông tin ở nhiều mức khác nhau, nói đúng hơn, là ở các tỷ lệ khác nhau, nói cách khác là tuỳ thuộc vào các định hướng do cơ sở tri thức đưa

ra Chính vì vậy, GIS được sử dụng trong việc xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ cho việc giám sát công viên địa chất của đề tài luận văn

2 Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu của đề tài luận văn là xây dựng được cơ sở dữ liệu tỷ lệ 1:50.000 phục vụ giám sát công viên địa chất tại khu vực công viên địa chất Đồng Văn

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là cơ sở dữ liệu phục vụ giám sát công viên địa chất

Phạm vi nghiên cứu của đề tài cơ sở dữ liệu phục vụ giám sát tại khu vực công viên địa chất Đồng Văn

4 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được mục đích của đề tài, luận văn đi vào nghiên cứu các vấn đề

cơ bản như sau:

- Nghiên cứu tìm hiểu công viên địa chất

- Nghiên cứu cơ sở dữ liệu và phương pháp xây dựng cơ sở dữ liệu

- Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ cho giám sát công viên địa chất (nội dung, thiết kế, )

- Nghiên cứu ứng dụng phần mềm phục vụ cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu về công viên địa chất khu vực thực nghiệm

5 Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau đây:

- Phương pháp tổng hợp, phân tích và kế thừa: Thu thập các tài liệu đã có; cập nhật các thông tin trên mạng internet; tổng hợp, phân tích các tài liệu và các kết quả nghiên cứu, kế thừa có chọn lọc các thành quả có liên quan đến đề tài; tổng hợp, đánh giá các kết quả nghiên cứu của đề tài

- Phương pháp thu thập tư liệu: Thu thập các thông tin và các tư liệu có liên quan phục vụ cho thực nghiệm của đề tài

- Phương pháp ứng dụng công nghệ tin học: Sử dụng phần mềm để xây dựng cơ sở dữ liệu

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Cơ sở dữ liệu phục vụ cho giám sát công viên địa chất tỷ lệ 1:50.000 bằng phần mềm ArcMap lần đầu tiên được xây dựng tại Việt Nam (trước đây cơ sở

dữ liệu công viên địa chất được xây dựng bằng phần mềm MapInfo Professional) Kết quả nghiên cứu của đề tài luận văn góp phần phục vụ cho việc quản lý và giám sát công viên địa chất tại khu vực thực nghiệm

7 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu, tài liệu tham khảo và phụ lục, nội dung chính của luận văn được trình bày trong 3 chương, bao gồm:

Chương 1 Tổng quan về xây dựng cơ sở dữ liệu công viên địa chất

Chương 2 Cơ sở khoa học trong xây dựng cơ sở dữ liệu công viên địa chất Chương 3 Thực nghiệm xây dựng cơ sở dữ liệu công viên địa chất

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU

PHỤC VỤ GIÁM SÁT CÔNG VIÊN ĐỊA CHẤT 1.1 Khái quát về công viên địa chất

1.1.1 Khái quát về di sản

a Khái niệm về di sản

Một số khái niệm về di sản được trình bày như sau:

Di sản là một khái niệm mở, có thể hiểu là những giá trị vật thể hoặc phi vật thể được để lại từ xa xưa và tồn tại có giá trị cho đến ngày nay

Di sản là tài sản tinh thần hoặc tài sản vật chất do lịch sử để lại hoặc do thiên nhiên tạo ra

b Phân loại di sản

* Di sản văn hóa

Theo Công ước Di sản thế giới di sản văn hóa là:

- Các di tích: Các tác phẩm kiến trúc, tác phẩm điêu khắc và hội họa, các yếu tố hay các cấu trúc có tính chất khảo cổ học, ký tự, nhà ở trong hang đá và các công trình sự kết hợp giữa công trình xây dựng tách biệt hay liên kết lại với nhau mà do kiến trúc của chúng, do tính đồng nhất hoặc vị trí cảnh quan, có giá trị nổi bật toàn cầu xét theo quan điểm lịch sử, nghệ thuật và khoa học

- Các di chỉ: Các tác phẩm do con người tạo nên hoặc các tác phẩm có sự kết hợp giữa thiên nhiên và nhân tạo và các khu vực trong đó có các di chỉ khảo

cổ có giá trị nổi bật toàn cầu xét theo quan điểm thẩm mỹ, dân tộc học hoặc nhân chủng học

* Di sản thiên nhiên

Theo Công ước di sản thế giới thì di sản thiên nhiên là:

Các đặc điểm tự nhiên bao gồm các hoạt động sáng tạo vật ký hoặc sinh học hoặc các nhóm các hoạt động kiến tạo có giá trị nổi bật toàn cầu xét theo quan điểm thẩm mỹ hoặc khoa học

Các hoạt động địa chất hoặc địa lý tự nhiên và các khu vực có ranh giới được xác định chính xác tạo thành môi trường sống của các loài động thực vật đang

bị đe dọa có gia trị nổi bật toàn cầu xét theo quan điểm khoa học hoặc bảo tồn

* Di sản hỗn hợp

Năm 1992, Ủy ban di sản thế giới đưa ra khái niệm di sản hỗn hợp hay còn gọi là cảnh quan văn hóa để miêu tả các mối quan hệ tương hỗ nổi bật giữa văn hóa và thiên nhiên của một số khu di sản Một địa danh được công nhận là

di sản thế giới hỗn hợp phải thỏa mãn ít nhất là một tiêu chí về di sản văn hóa và một tiêu chí về di sản thiên nhiên

c Tiêu chuẩn

Để được ghi vào danh sách di sản thế giới của UNESCO, một tài sản phải đáp ứng các tiêu chuẩn về văn hoá hoặc thiên nhiên theo Công ước di sản thế giới đã được Ủy ban về di sản thế giới của UNESCO duyệt lại

Một di tích văn hóa phải xác thực, có ảnh hưởng sâu rộng hoặc có bằng chứng độc đáo với sự phát triển của nghệ thuật kiến trúc, hoặc di tích đó phải gắn liền với tư tưởng hay tín ngưỡng có ý nghĩa phổ biến, hoặc là điển hình nổi bật của một lối sống truyền thống đại diện cho một nền văn hóa nào đó

Một di chỉ thiên nhiên có thể điển hình cho một giai đoạn, các quá trình tiến hóa địa cầu, hoặc cho những biến đổi sinh thái học, hoặc bao gồm những vùng cư trú tự nhiên các loài cực kỳ nguy cấp Di chỉ thiên nhiên có thể là một khung cảnh đẹp khác thường, một cảnh quan ngoạn mục, hoặc là một khu bảo tồn số lượng lớn các động vật hoang dã

Cho đến cuối năm 2004, có 6 tiêu chí cho di sản văn hóa và 4 tiêu chí cho

di sản thiên nhiên Đến năm 2005, điều này đã được sửa đổi để chỉ có một bộ 10 tiêu chí, trong đó 6 tiêu chí đầu thuộc về di sản văn hóa, còn các tiêu chí 7 đến

10 thuộc về di sản thiên nhiên

* Tiêu chuẩn văn hóa

(I) - Là một tuyệt tác về tài năng sáng tạo của con người

(II) - Thể hiện một sự giao lưu quan trọng giữa các giá trị của nhân loại, trong một khoảng thời gian hoặc trong phạm vi một vùng văn hoá của thế giới,

về các bước phát triển trong kiến trúc hoặc công nghệ, nghệ thuật tạo hình, quy hoạch đô thị hoặc thiết kế cảnh quan

(III) - Là một bằng chứng độc đáo hoặc duy nhất hoặc ít ra cũng là một bằng chứng đặc biệt về một truyền thống văn hoá hay một nền văn minh đang tồn tại hoặc đã biến mất

(IV) - Là một ví dụ nổi bật về một kiểu kiến trúc xây dựng hoặc một quần thể kiến trúc cảnh quan minh hoạ cho một hay nhiều giai đoạn có ý nghĩa trong lịch sử nhân loại

(V) - Là một ví dụ tiêu biểu về sự định cư của con người hoặc một sự chiếm đóng lãnh thổ mang tính truyền thống và tiêu biểu cho một hoặc nhiều nền văn hóa, nhất là khi nó trở nên dễ bị tổn thương dưới tác động của những biến động không thể đảo ngược được

(VI) - Gắn bó trực tiếp hoặc cụ thể với những sự kiện hoặc truyền thống sinh hoạt với các ý tưởng, hoặc các tín ngưỡng, các tác phẩm văn học nghệ thuật

có ý nghĩa nổi bật toàn cầu

* Tiêu chuẩn tự nhiên

(VII) - Chứa đựng các hiện tượng, địa điểm tự nhiên hết sức nổi bật hoặc các khu vực có vẻ đẹp tự nhiên độc đáo và tầm quan trọng về thẩm mỹ

(VIII) - Là những ví dụ nổi bật đại diện cho những giai đoạn lớn trong lịch sử của Trái Đất, trong đó có lịch sử về sự sống, các quá trình địa chất quan trọng đang tiếp diễn trong sự phát triển của các địa mạo, hoặc các đặc điểm quan trọng về địa chất hoặc địa lý tự nhiên

(IX) - Là những ví dụ tiêu biểu cho quá trình sinh thái và sinh học đang tiếp diễn trong quá trình tiến hoá và phát triển của các dạng địa hình, vùng nước ngọt, biển và ven biển và các quần xã động vật, thực vật

(X) - Là những nơi cư trú tự nhiên quan trọng nhất và tiêu biểu nhất, mang giá trị bảo tồn nguyên trạng sự đa dạng sinh học, trong đó có những môi trường sống chứa đựng những loài động vật hoặc thực vật đang bị đe dọa, có giá trị nổi bật toàn cầu xét theo quan điểm khoa học hoặc bảo tồn

* Tính toàn vẹn

Ngoài các tiêu chuẩn như trên, những địa điểm đó còn phải đáp ứng về tính toàn vẹn được quy định dưới đây:

Những địa điểm mô tả ở tiêu chuẩn (VII) phải bao gồm toàn bộ hoặc phần lớn những thành phần chủ yếu liên quan với nhau và phụ thuộc lẫn nhau trong mối quan hệ tự nhiên; chẳng hạn như thuộc "thời kỳ đóng băng" thì phải bao gồm bãi tuyết, sóng băng cũng như các dạng điển hình của xói mòn do sóng băng, các trầm tích và các di thực thực vật (các vết băng tích, giai đoạn diễn thế của thực vật)

Những địa điểm mô tả ở mục (VIII) phải khá rộng lớn và bao gồm những thành phần cần thiết cho việc minh họa những khía cạnh chủ yếu của địa danh

đó Vì thế, một miền rừng nhiệt đới ẩm thì phải có một số độ cao khác nhau so với mực nước biển, có sự biến đổi địa hình, loại đất, bờ sông, nhánh sông để minh họa cho sự đa dạng và phức tạp

Những địa điểm mô tả ở mục (IX) phải bao gồm những thành phần của hệ sinh thái cần thiết cho sự bảo tồn của các loài, hay là sự nối tiếp các quá trình hoặc thành phần thiên nhiên cần được bảo tồn Những thành phần thay đổi tùy từng trường hợp như khu vực được bảo vệ của một thác nước phải bao gồm toàn

bộ hoặc đại bộ phận khu vực cung cấp nước cho nó về phía thượng lưu hoặc một địa điểm ám tiêu san hô thì phải bao gồm các khu vực bảo vệ chống lại sự bồi lấp hay gây nhiễm mà các dòng sông đổ ra, các dòng đại dương có thể gây ảnh hưởng tới quá trình cung cấp dinh dưỡng cho ám tiêu san hô

Những địa điểm chứa đựng những loài bị đe dọa nhưng các loài được mô

tả trong tiêu chuẩn (X) phải khá rộng lớn, bao gồm những yếu tố về nơi trú ẩn cần thiết cho sự sống của các cá thể loài tồn tại

Trường hợp đối với các loài di cư, những vùng cư trú theo mùa cần thiết cho sự tồn tại các loài, bất kể chúng ở đâu tới phải được bảo vệ thích đáng Ủy ban di sản thế giới phải đảm bảo bằng các biện pháp cần thiết để bảo vệ các loài suốt chu kỳ sống của chúng Việc này được thỏa thuận thông qua việc tham gia Công ước quốc tế hoặc dưới hình thức thỏa thuận giữa hai hay nhiều bên

Mỗi địa điểm tự nhiên phải được đánh giá một cách tương đối, nghĩa là phải được so sánh với những địa điểm khác cùng loại, cả trong và ngoài quốc gia chủ quyền của địa danh đó, thuộc cùng một vùng địa lý sinh vật hay trên cùng một đường di trú

* Biểu tượng di sản thế giới

Những di sản được xếp trong danh mục Di sản thế giới sẽ được gắn biển đồng có biểu tượng của di sản thế giới và được hưởng các quy chế đặc biệt của Công ước quốc tế về bảo tồn các di sản cũng như của Quỹ di sản thế giới

Biểu tượng di sản thế giới là một hình vuông nội tiếp trong một hình tròn nối liền Trong đó, hình vuông là biểu hiện kiệt tác do loài người sáng tạo còn hình tròn biểu hiện cho thiên nhiên và cũng là Trái Đất, nó thể hiện thái độ trân trọng bảo vệ các di sản của nhân loại Hình vuông và hình tròn nối liền nhau thể hiện sự hài hòa và thống nhất

1.1.2 Khái quát về di sản địa chất và công viên địa chất

a Di sản địa chất và công viên địa chất

* Di sản địa chất

Di sản địa chất là dạng di sản quan trọng hàng đầu trong số các di sản thiên nhiên Đó là phần tài nguyên địa chất có giá trị nổi bật về khoa học, giáo dục, thẩm mỹ và kinh tế, bao gồm các cảnh quan địa mạo, các di chỉ cổ sinh, hoá thạch, các miệng núi lửa đã tắt hoặc đang hoạt động, các hang động, hẻm vực sông, hồ tự nhiên, thác nước, các diện lộ tự nhiên hay nhân tạo của đá và quặng, các thành tạo, cảnh quan còn ghi lại những biến cố, bối cảnh địa chất đặc biệt, các địa điểm mà tại đó có thể quan sát được các quá trình địa chất đã và đang diễn ra hàng ngày, thậm chí cả các khu mỏ đã ngừng khai thác, Cũng như các

di sản khác, di sản địa chất là tài nguyên không tái tạo nên cần được bảo tồn, khai thác và sử dụng bền vững Di sản địa chất gắn liền với một số khái niệm liên quan như Đa dạng địa chất (Geodiversity); Bảo tồn địa chất (Geoconservation); Các địa điểm, vị trí địa chất đặc biệt (Geosite, geotope),

Bảo tồn di sản địa chất là một xu hướng rất mới của Khoa học Địa chất,

đã trở thành vấn đề khoa học được nhiều quốc gia và tổ chức khoa học trên thế giới quan tâm, ngày càng trở thành đề tài được thảo luận rộng rãi tại các Hội nghị quốc tế và khu vực về địa chất cũng như về chủ đề bảo tồn và phát huy di sản, và đang được UNESCO và Hiệp hội Địa chất Quốc tế (IUGS) quan tâm và tích cực triển khai trong khoảng thời gian khoảng hơn chục năm trở lại đây Bảo tồn di sản địa chất được hiểu là việc nghiên cứu, phân loại những phần tiêu biểu của tài nguyên địa chất, đưa chúng phục vụ lợi ích của con người, qua đó nâng cao kiến thức về thiên nhiên, tình cảm và trách nhiệm công dân của mọi người

đối với việc khai thác bền vững nguồn tài nguyên địa chất

Những năm đầu, người ta xác định các di sản địa chất riêng lẻ và tìm cách bảo tồn chúng một cách nghiêm ngặt, tương tự như cách làm truyền thống đối với các loài động, thực vật quý hiếm hoặc có nguy cơ tuyệt chủng Năm 1996 Hiệp hội Địa chất Quốc tế (IUGS) đã triển khai một chương trình kiểm kê toàn cầu các vị trí có giá trị khoa học cao về địa chất, địa mạo (IUGS GeoSite) nhằm

hỗ trợ các sáng kiến quốc tế và quốc gia trong việc bảo tồn các tài nguyên địa chất phục vụ cho nghiên cứu và giáo dục Chương trình đã đưa ra một số tiêu chuẩn để đánh giá một địa điểm “ứng cử viên”, như tính đại diện; tính duy nhất; tính tương hợp; mức độ phức tạp và đa dạng địa chất (dùng để lựa chọn vị trí khi tính đại diện của chúng ngang nhau),

* Công viên địa chất

Công viên địa chất là một khu vực có ranh giới địa lý - hành chính rõ ràng

và đủ rộng để hỗ trợ các hoạt động phát triển kinh tế và văn hóa ở địa phương (chủ yếu dưới hình thức phát triển du lịch) Nó gồm một số di sản địa chất quan trọng tầm cỡ quốc gia hoặc quốc tế ở mọi kích cỡ, hoặc tập hợp các thực thể địa chất đặc biệt về mặt khoa học, vẻ đẹp hoặc độ hiếm gặp, đại diện cho lịch sử phát triển, các sự kiện cũng như quá trình địa chất hình thành nên khu vực đó Bên cạnh các giá trị địa chất - địa mạo, trong phạm vi công viên địa chất còn hội tụ được các giá trị khác về cảnh quan, đa dạng sinh học, văn hóa, lịch sử, khảo

cổ, kinh tế, và đặc biệt, khác với một khu bảo tồn thiên nhiên thông thường, tất

cả các giá trị đó cùng được nghiên cứu, đánh giá, bảo tồn và khai thác, sử dụng một cách bền vững Như thế, công viên địa chất hướng tới bảo tồn thiên nhiên một cách tổng thể, toàn diện hơn, đồng thời công viên địa chất cũng trở nên mềm dẻo, linh động hơn, khắc phục được một số quy định, hạn chế khá nghiêm khắc của các khái niệm như di sản thế giới, vườn quốc gia hoặc khu bảo tồn thiên nhiên Và cũng vì thế công viên địa chất đã nhanh chóng nhận được sự ủng

hộ rộng rãi của UNESCO cũng như nhiều quốc gia trên thế giới Đến nay, cùng với di sản thế giới, công viên địa chất là một trong 3 nhánh bảo tồn thiên nhiên được UNESCO chính thức công nhận, bảo trợ và bảo tồn

Các công viên địa chất hướng tới 3 mục tiêu cụ thể là:

- Bảo tồn các di sản địa chất

- Góp phần quảng bá, nâng cao nhận thức cộng đồng về vai trò và giá trị của các khoa học Trái Đất, khuyến khích học tập và nghiên cứu địa chất và giáo dục lòng yêu thiên nhiên và trách nhiệm công dân trong việc bảo vệ và khai thác bền vững các di sản địa chất, góp phần vào chiến lược nâng cao dân trí, phát triển kinh tế và văn hóa của địa phương và đất nước

- Thúc đẩy các hoạt động phát triển kinh tế bền vững, hài hòa với bảo tồn như tham quan, du lịch và các hoạt động kinh tế phụ trợ khác, tạo nguồn thu nhập bổ sung cho các cộng đồng địa phương

b Phân loại di sản địa chất và công viên địa chất

Năm 1972 UNESCO đã soạn thảo “Công ước về việc bảo tồn các di sản văn hóa và thiên nhiên thế giới” Đến những năm 1989 - 1990 thì Ủy ban Di sản Thế giới (WHC) của UNESCO khởi xướng việc chuẩn bị một danh sách dự kiến toàn cầu các vị trí địa chất (có giá trị nổi bật) (Global Indicative List of Geological Sites - GILGES) để giúp cho việc xét công nhận các Di sản Thiên nhiên Thế giới theo các tiêu chí địa chất - địa mạo và cảnh quan Ủy ban này sử dụng “Tiêu chuẩn phân loại tạm thời các di sản địa chất” với 10 kiểu di sản

Năm 1996, khi triển khai Chương trình Geosites Hiệp hội Địa chất Quốc

tế (IUGS) đã đưa ra Khung phân loại chung để đánh giá một vị trí địa chất lý thú tiềm năng

Năm 2005, Hiệp hội Bảo tồn Thiên nhiên Quốc tế (IUCN) - cơ quan tư vấn độc lập giúp UNESCO thẩm định các hồ sơ đăng ký xét công nhận di sản Thiên nhiên Thế giới - đã soạn thảo hướng dẫn đối với các khu vực có giá trị địa chất - địa mạo nổi bật toàn cầu Theo đó, có thể phân ra 13 loại khu vực

Ở Việt Nam, theo thông tư số 50/2017/TT-BTNMT, di sản địa chất, công viên địa chất được phân loại như sau [4]:

* Di sản địa chất gồm các kiểu sau:

- Di sản cổ sinh (ký hiệu Kiểu A) là một điểm hoặc tập hợp điểm trong tự nhiên, chứa một hoặc nhiều loại hóa thạch đặc trưng có giá trị định tuổi, chỉ thị cho điều kiện cổ môi trường tại một khu vực và là kết quả của một giai đoạn lịch

sử địa chất khu vực

- Di sản địa mạo (ký hiệu Kiểu B) là cảnh quan địa mạo (ký hiệu Kiểu

B1) hoặc hang động (ký hiệu Kiểu B2) có giá trị thẩm mỹ đặc sắc, độc đáo và thể hiện lịch sử địa chất khu vực

- Di sản cổ môi trường (ký hiệu Kiểu C) là một điểm hoặc tập hợp điểm lộ địa chất chứa những dấu tích rõ ràng, đặc trưng về môi trường thành tạo đá trong lịch sử địa chất khu vực

- Di sản đá (ký hiệu Kiểu D) là một hoặc tập hợp điểm lộ địa chất thể hiện các thành tạo đá đặc trưng cho một giai đoạn lịch sử địa chất khu vực

- Di sản địa tầng (ký hiệu Kiểu E) là một điểm lộ hoặc tập hợp điểm lộ địa chất hoặc mặt cắt địa chất thể hiện đặc điểm, trật tự, ranh giới của một hoặc nhiều phân vị địa tầng

- Di sản khoáng vật, khoáng sản (ký hiệu Kiểu F) là một điểm lộ hoặc tập hợp điểm lộ địa chất có khoáng vật hoặc khoáng sản đặc trưng về thành phần, nguồn gốc và điều kiện thành tạo

- Di sản kinh tế địa chất (ký hiệu Kiểu H) là mỏ khoáng sản đã dừng khai thác có cảnh quan đẹp, đặc trưng về quy mô, thành phần quặng, đá và lưu giữ đầy đủ các tư liệu lịch sử về hoạt động, phát triển mỏ khoáng sản

- Di sản kiến tạo (ký hiệu Kiểu I) là một điểm lộ hoặc tập hợp điểm lộ địa chất thể hiện rõ các dấu tích cấu trúc kiến tạo, dấu tích dịch chuyển tương đối của một hoặc nhiều quá trình chuyển động kiến tạo khu vực

- Di sản vũ trụ (ký hiệu Kiểu K) là khu vực còn lưu giữ các sản phẩm, dấu tích thiên thạch hoặc dấu tích các va đập có nguồn gốc vũ trụ

- Di sản lục địa, đại dương (ký hiệu Kiểu L) là khu vực lưu giữ dấu tích những biến động lớn liên quan đến hình thành, biến đổi vỏ lục địa và đại dương

* Công viên địa chất gồm các kiểu sau:

- Karst: Tổ hợp di sản địa chất trong đó đặc trưng nổi bật là các di sản địa mạo độc đáo, hình thành do quá trình tiến hóa karst; lưu giữ các hình thái địa mạo karst và hệ thống hang động

- Núi lửa: Tổ hợp di sản địa chất trong đó đặc trưng nổi bật bởi các di sản địa mạo có giá trị do các hoạt động núi lửa tạo nên

- Đầm phá, hạ lưu sông, biển: khu vực tập hợp các đầm phá, hạ lưu sông,

khu vực biển đặc trưng cho quá trình địa chất có giá trị nổi bật

- Kiến tạo, cấu tạo: Tổ hợp di sản địa chất trong đó đặc trưng nổi bật bởi các di sản kiến tạo

- Cổ sinh, địa tầng, khoáng vật - khoáng sản: Tổ hợp di sản địa chất trong

đó đặc trưng nổi bật bởi các di sản cổ sinh, địa tầng, khoáng vật, khoáng sản

- Thạch học: Tổ hợp di sản địa chất trong đó đặc trưng nổi bật bởi các di sản đá

- Đồng bằng sông, hệ thống sông: Một khu vực có tổ hợp các di sản địa chất có giá trị nổi bật, là kết quả của quá trình khảo sát điều tra, đánh giá từ vùng rộng lớn liên quan đến hệ thống sông, được quy hoạch thống nhất quản lý

- Đới khô, bán khô: Khu vực có môi trường khô nóng đặc trưng, đất đai khô cằn, sa mạc hóa, muối hóa bề mặt xảy ra

1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu ứng dụng GIS xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ giám sát công viên địa chất

1.2.1 Trên thế giới

Việc bảo tồn di sản nói chung, công viên địa chất nói riêng luôn là vấn đề được các nhà quản lý cũng như các nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu, đặc biệt trong thời đại ngày nay, công nghệ được khai thác ứng dụng một cách mạnh mẽ trong việc quản lý, giám sát, nghiên cứu, bảo tồn các di sản Sử dụng hệ thống thông tin địa lý nhằm hỗ trợ việc quản lý, giám sát, khai thác các di sản đã và đang được triển khai tại nhiều nước trên thế giới Tại Malaysia, GIS đã được được sử dụng để phát triển, lưu trữ, quản lý, phân tích và hiển thị số lượng lớn

dữ liệu không gian và phi không gian liên quan đến các hoạt động và tài nguyên Một hệ thống hỗ trợ quyết định không gian dựa trên GIS ứng dụng tích hợp các chức năng GIS và thiết kế giao diện đồ họa thân thiện với người dung giúp du khách của đảo Langkawi lựa chọn và lên kế hoạch cho các hoạt động của họ hiệu quả hơn, theo sở thích cá nhân và mối quan tâm của họ [14] Phương pháp GIS và phương pháp phân loại ảnh đã được sử dụng để tìm kiếm các vấn đề về địa chất phục vụ cho việc xây dựng bộ bản đồ địa chất tại khu vực Công viên địa chất toàn cầu Bakony ở Hungary [9], [13] Tại Hy Lạp, trong khuôn khổ của dự

án với tên gọi “Vị trí địa lý, địa chất góp phần vào sự phát triển bền vững”, một

trong những nhiệm vụ quan trọng của dự án là sử dụng công nghệ GIS để xây dựng cơ sở dữ liệu cho các đối tượng địa lý, địa kỹ thuật và địa chất tiềm năng của quốc gia Sản phẩm của dự án phục vụ cho các mục đích khác nhau về việc khai thác sử dụng nguồn dữ liệu góp phần bảo tồn thiên nhiên, du lịch và giáo dục cấp quốc gia, quốc tế [15] Tại Mexico, theo [6], phương pháp GIS đã được

sử dụng để xây dựng cơ sở dữ liệu về công viên địa chất phục vụ cho việc bảo tồn, nghiên cứu, quản lý, giáo dục du lịch Tại hội thảo về công viên địa chất ở Châu Âu tháng 3 năm 3015 [16], GIS là một trong những công nghệ được sử dụng rộng rãi hỗ trợ cho việc quản lý, bảo tồn và giáo dục về công viên địa chất tại Châu Âu Đặc biệt, web GIS còn được cho là công nghệ tốt nhất để phát triển các sản phẩm địa lý và du lịch địa lý trong công viên địa chất [11]

Ngoài ra, GIS còn được ứng dụng để xây dựng cơ sở dữ liệu tại nhiều các quốc gia khác như: xây dựng cơ sở dữ liệu để bảo tồn di sản địa chất tại Algeria [10]; tích hợp GIS, phương pháp đa chỉ tiêu và logic mờ nhằm xây dựng cơ sở

dữ liệu phục vụ cho việc du lịch sinh thái tại Iran [12]; sử dụng GIS xây dựng cơ

sở dữ liệu địa kỹ thuật mô tả tính chất của đá [7],…

1.3 Vấn đề nghiên cứu của đề tài

Từ các nghiên cứu tại mục 1.2 cho thấy, việc nghiên cứu xây dựng cơ sở

dữ liệu công viên địa chất tại Việt Nam đã được các nhà khoa học và tổ chức quan tâm nghiên cứu Phần mềm Mapinfo Professional đã được sử dụng trong quá trình xây dựng cơ sở dữ liệu Phần mềm này là một phần mềm của hệ thống tin địa lý GIS cho phép quản lý, tạo ra một cơ sở dữ liệu vừa và nhỏ đồng thời

cũng cho phép cập nhật, lưu trữ, quản lý và khai thác các thông tin, tài liệu lưu trữ trong máy tính Phần mềm này cung cấp khả năng thu nhận và chuyển đổi dữ liệu rất thuận tiện Với dữ liệu không gian, Mapinfo trao đổi dữ liệu với các phần mềm như AutoCad, Acr/Info, Famis, MicroStation Với dữ liệu thuộc tính, MapInfo có khả năng trao đổi và thu nhận các dữ liệu từ Excel, Foxpro, CADDB, Access,…

Qua việc tìm hiểu về cơ sở dữ liệu về công viên địa chất được xây dựng bằng phần mềm MapInfo Professional nhận thấy, trong lĩnh vực địa chất, phần mềm này đã được sử dụng từ lâu, rất quen thuộc với người sử dụng

Trong khuôn khổ nghiên cứu của đề tài luận văn, cơ sở dữ liệu phục vụ giám sát công viên địa chất Đồng Văn được xây dựng bằng phần mềm ArcGIS Đây là hệ thống GIS hàng đầu hiện nay, cung cấp một giải pháp toàn diện từ thu thập, nhập số liệu, chỉnh lý, phân tích và phân phối thông tin trên mạng Internet tới các cấp độ khác nhau như CSDL địa lý cá nhân hay CSDL của các doanh nghiệp Về mặt công nghệ, hiện nay các chuyên gia GIS coi công nghệ ESRI là một giải pháp mang tính chất mở, tổng thể và hoàn chỉnh, có khả năng khai thác hết các chức năng của GIS trên các ứng dụng khác nhau như: Desktop (ArcGIS Desktop), máy chủ (ArcGIS Server), các ứng dụng Web (ArcIMS, ArcGIS Online), hoặc hệ thống thiết bị di động (ArcPAD), và có khả năng tương tích cao đối với nhiều loại sản phẩm của nhiều hãng khác nhau

Chương 2 CƠ SỞ KHOA HỌC TRONG XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU

PHỤC VỤ GIÁM SÁT CÔNG VIÊN ĐỊA CHẤT 2.1 Mục đích, yêu cầu của cơ sở dữ liệu phục vụ giám sát công viên địa chất

2.1.1 Mục đích của việc xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ giám sát công viên địa chất

Ứng dụng công nghệ thông tin trong các hoạt động của cơ quan Nhà nước nói chung, trong quản lý giám sát công viên địa chất nói riêng là xu thế tất yếu,

là mô hình phổ biến của nhiều quốc gia trên thế giới

Việc xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ cho giám sát công viên địa chất có vị trí, vai trò đặc biệt quan trọng trong mọi mặt của đời sống xã hội Đây cũng chính là mục đích của việc xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ giám sát công viên địa chất, cụ thể:

Thứ nhất, thông qua việc tổ chức thu thập, cập nhật thông tin cơ bản từ nhiều nguồn dữ liệu sẽ tạo lập nên một hệ cơ sở dữ liệu về công viên địa chất tập trung, thống nhất từ Trung ương đến địa phương để dùng chung nhằm cung cấp đầy đủ, chính xác, kịp thời thông tin công viên địa chất phục vụ công tác quản lý nhà nước, hoạch định các chính sách phát triển kinh tế - xã hội, đảm bảo an sinh

xã hội

Thứ hai, cơ sở dữ liệu về công viên địa chất là căn cứ, nguồn tư liệu quan trọng để các cơ quan quản lý Nhà nước nghiên cứu, đề xuất lộ trình quản lý, bảo tồn, khai thác sử dụng một cách hợp lý các di sản, các vùng di sản trong công viên địa chất

Thứ ba, thông tin về các vấn đề trong khu vực công viên địa chất được thu thập, cập nhật thường xuyên sẽ góp phần nâng cao hiệu lực, hiệu quả công tác quản lý, giám sát các biến động trong công viên địa chất, quản lý, giám sát các loại đối tượng trong công viên địa chất, hỗ trợ công tác tra cứu, giám sát, góp phần bảo tồn công viên địa chất

Thứ tư, cơ sở dữ liệu về công viên địa chất được xây dựng với mục tiêu kết nối, chia sẻ thông tin về các đối tượng trong công viên địa chất với các CSDL chuyên ngành của các ngành, lĩnh vực trên toàn quốc; làm tăng khả năng

khai thác, cập nhật thông tin về công viên địa chất, hạn chế tối đa sự trùng lặp thông tin, giảm chi phí đầu tư từ ngân sách nhà nước đối với hạ tầng CNTT của các CSDL chuyên ngành Đồng thời, cơ sở dữ liệu về công viên địa chất ra đời cũng nhằm để góp phần làm giảm khối lượng hồ sơ giấy tờ đang lưu trữ tại các

cơ quan hành chính

2.1.2 Yêu cầu của việc xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ giám sát công viên địa chất

Cơ sở dữ liệu phục vụ giám sát công viên địa chất được xây dựng cần thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Các lớp thông tin được thiết kế hợp lý, tổ chức khoa học

- Chính xác về thông tin không gian và thuộc tính, đạt chuẩn về dữ liệu

- Các thông tin về dữ liệu phải đầy đủ và chính xác

- Các lớp thông tin phải được xây dựng sao cho có thể cho phép cập nhật thông tin dễ dàng trong tương lai

2.2 Thiết kế cơ sở dữ liệu

2.2.1 Các mô hình dữ liệu

Sự cần thiết tổ chức lưu trữ dữ liệu theo một cách thức xác định và chặt chẽ đã dẫn đến sự phát triển các mô hình dữ liệu Từ những mô hình mạng, mô hình phân cấp và mô hình dữ liệu quan hệ là mô hình cơ sở dữ liệu kinh điển, truyền thống cho đến các mô hình cơ sở dữ liệu phân tán, cơ sở dữ liệu hướng đối tượng,… là những mô hình dữ liệu hiện đại được áp dụng nhiều hiện nay

Đối tượng nghiên cứu các hệ CSDL là các thực thể và các mối liên hệ giữa các thực thể Một mô hình CSDL phải có khả năng biểu diễn thực thể và liên kết giữa các thực thể Các liên kết là một dạng đặc biệt của thực thể Các cách tiếp cận CSDL là các cách nhìn và các cách biểu diễn liên kết của người sử dụng

Nghiên cứu mô hình cơ sở dữ liệu dựa trên các yêu cầu sau:

- Mục tiêu độc lập dữ liệu: Phải xác định rõ ràng các khía cạnh logic và khía cạnh vật lý của việc quản trị cơ sở dữ liệu, bao gồm việc thiết kế hệ cơ sở

dữ liệu, các thao tác và tìm kiếm dữ liệu bằng các công cụ ngôn ngữ con dữ liệu

- Mục tiêu trao đổi: Mô hình dữ liệu đơn giản về cấu trúc, sao cho người

sử dụng có cách nhìn trong suốt truy cập vào hệ cơ sở dữ liệu và có khả năng trao đổi với nhau về cơ sở dữ liệu

- Mục tiêu xử lý tệp: Người sử dụng có thể sử dụng ngôn ngữ bậc cao để biểu diễn các phép toán trên các mảng thông tin, kỹ thuật xử lý theo lô (Batch),

mà không phải xử lý tuần tự theo từng bản ghi

- Mô hình được xây dựng trên cơ sở lý thuyết vững chắc, chặt chẽ

Một mô hình dữ liệu là một hệ thống hình thức toán học, bao gồm:

+ Hệ thống các ký hiệu biểu diễn dữ liệu

+ Tập hợp các phép toán thao tác trên cơ sở dữ liệu

+ Đặc trưng của một mô hình dữ liệu:

+ Tính ổn định khi thết kế mô hình dữ liệu

+ Tính đơn giản có nghĩa là dễ hiểu và dễ thao tác

+ Tính dư thừa cần phải kiểm tra kỹ lưỡng

+ Tính đối xứng phải được bảo toàn

+ Có cơ sở lý thuyết vững chắc

* Mô hình CSDL phân cấp (Hierarchy Data Model)

Trong mô hình CSDL phân cấp, dữ liệu được biểu diễn bằng cấu trúc cây Cấu trúc dữ liệu phân cấp lưu trữ dữ liệu theo một trật tự về thứ bậc được thiết lập giữa các mục của dữ liệu Mỗi điểm nút có thể được chia ra thành một hay nhiều điểm nút con Số các nút con tăng lên tỷ lệ thuận với số cấp giống như sự phân nhánh trên một cây

Dữ liệu phân cấp được tổ chức theo quan hệ cha/con hoặc 1 - nhiều (ví dụ như quản lý nhà ở dân dụng theo cấp I, cấp II, cấp III, cấp IV) Cấu trúc này tạo thuận lợi cho việc truy nhập dữ liệu Hệ thống phân cấp chấp nhận mỗi phần của cấp đưa ra sử dụng một khóa mà nó thể hiện đầy đủ cấu trúc dự liệu Cho phép

có một sự tương quan giữa các thuộc tính kết hợp và mục dữ liệu có thể có Hệ thống này cũng tiện lợi cho việc bổ sung, sửa đổi và mở rộng, tiện lợi cho việc truy nhập dữ liệu theo thuộc tính khóa, nhưng khó khăn cho những thuộc tính

không phải là khóa Bất lợi của cấu trúc dữ liệu phân cấp là tệp chỉ số lớn cần phải được duy trì và các giá trị của thuộc tính cần phải được lặp lại nhiều lần gây ra dư thừa dữ liệu làm tăng chi phí lưu trữ và truy nhập

* Mô hình CSDL mạng (Network Data Model)

Mô hình dữ liệu mạng là mô hình thực thể quan hệ, trong đó các mối liên kết bị hạn chế trong kiểu một - một và nhiều - một Cấu trúc dữ liệu mạng tương

tự như cấu trúc dữ liệu phân cấp, chỉ có khác là trong cấu trúc này mỗi điểm nút con có thể có nhiều hơn một điểm nút cha Đồng thời, mỗi điểm nút lại có thể được chia ra thành một hay nhiều nút con

Trong cấu trúc dữ liệu địa lý, việc thể hiện các đối tượng mà vị trí tương ứng của chúng trên bản đồ hay sơ đồ là gần nhau, những dữ liệu về chúng lại được lưu trữ tại các vùng cách xa nhau của cơ sở dữ liệu được thể hiện có hiệu quả nhờ hệ thống cấu trúc mạng

Cấu trúc mạng phù hợp khi quan hệ và mối liên kết đã được xác định trước, tránh được dư thừa dữ liệu, bất tiện cho việc mở rộng bởi tổng số các điểm Việc sửa đổi và duy trì cơ sở dữ liệu khi thay đổi cấu trúc các điểm đòi

hỏi chi phí lớn

* Cách tiếp cận mô hình CSDL quan hệ

Cấu trúc dữ liệu quan hệ tổ chức dữ liệu theo dạng các bảng hai chiều, trong đó mỗi bảng là một tệp riêng biệt Mỗi hàng của bảng là một bản ghi, và mỗi bản ghi có một tập hợp các thuộc tính Mỗi cột của bảng biểu thị một thuộc tính Các bảng khác nhau có thể được liên kết với nhau thông qua một chỉ số chung thường được gọi là khóa Các thông tin được khai thác thông qua phương thức tra vấn

* Mô hình thực thể quan hệ (The Entity Relationship Model)

Mô hình thực thể quan hệ cho phép mô tả lược đồ khái niệm của một tổ chức, áp dụng cho vòng đời của cơ sở dữ liệu mà không để ý đến tính hiệu quả hoặc thiết kế CSDL vật lý như cách tiếp cận với các mô hình khác Nó mô tả được thế giới thực gồm những đối tượng cơ bản được gọi là những thực thể và những quan hệ giữa các thực thể Ánh xạ và những tác động qua lại của thế giới thực phức tạp được mô tả bằng các khái niệm lược đồ Nó được phát triển để tạo thuận lợi cho các thiết kế cơ sở dữ liệu bằng cách cho phép xác định rõ một lược

đồ phức tạp, đại diện cho toàn bộ cấu trúc logic của cơ sở dữ liệu Dạng đơn giản của mô hình thự thể quan hệ được đùng làm cơ sở để trao đổi một cách hiệu quả với người sử dụng đầu cuối về CSDL khái niệm Từ sơ đồ thực thể quan hệ người ta có thể chuyển thành lược đồ khái niệm mô hình quan hệ Mô hình thực thể quan hệ có thể xem như là mô hình hướng đối tượng.Mô hình thực thể - quan hệ cơ bản bao gồm ba lớp đối tượng thực thể (Entity), mối quan hệ (Relationship) và thuộc tính (Attribute)

Thực thể, mối quan hệ thuộc tính:

Thực thể (Entity) là những đối tượng dữ liệu cơ bản chứa nội dung các thông tin cần thu thập Thực thể có thể biểu thị cho người, nơi chốn, sự vật hoặc các biến cố có thông tin đáng chú ý Một xuất hiện cụ thể của một thực thể được gọi là thể hiện thực thể (Entity Instance) Ví dụ nhân viên, phòng ban, kỹ năng, vị trí, thủ tục,… là các thực thể Tên thực thể được viết bên trong hình chữ nhật

Một nhóm các thực thể cùng chung một số tính chất, một số đặc trưng cơ bản,… tạo ra một tập thực thể (Entity Set) Tập tất cả nhân viên trong một cơ bản, tập các biến trong một chương trình, tập các khái niệm về CSDL,… là những tập các thực thể Khái niệm tập thực thể là khái niệm ở mức lược đồ

Mối quan hệ (Relationship) giữa một hay nhiều thực thể trong thế giới thực với nhau, chúng không xuất hiện vật lý hay khái niệm bên ngoài cùng với các phụ thuộc của chúng Một xuất hiện cụ thể của một mối quan hệ được gọi là thể hiện quan hệ (Relationship Instance) Các mối quan hệ được mô tả theo độ quan hệ (Degree), tính kết nối (Connectivity) và xuất hiện (Existence) Mối quan

hệ được chỉ ra bằng tính nối kết giữa các thể hiện thực thể: một một, một nhiều và nhiều - nhiều

Quan hệ một  một (One to One): Một thực thể trong A được kết hợp với tối đa một thực thể trong B và một thực thể trong B được kết hợp với tối đa một thực thể trong A

- Quan hệ một  nhiều (One to Many): Một thực thể trong A được kết hợp với nhiều thực thể trong B và một thực thể trong B được kết hợp tối đa với một thực thể trong A

- Quan hệ nhiều  nhiều (Many to Many): Nhiều thực thể trong A được kết hợp với nhiều thực thể trong B và nhiều thực thể trong B được kết hợp với

nhiều thực thể trong A

Trong lược đồ quan hệ, cấu trúc dữ liệu quan hệ nhiều - nhiềusẽ được thực thể hóa dưới dạng một - nhiều Thuộc tính (Attribute) là các tính chất đặc trưng của thực thể, chỉ ra các chi tiết cần mô tả về thực thể Một xuất hiện cụ thể của một thuộc tính trong một thực thể hoặc một mối quan hệ được gọi là giá trị thuộc tính (attribute value) Thuộc tính của thực thể nhân viên là mã nhân viên,

họ và tên, địa chỉ,… Kýhiệu cho thuộc tính là một hình elip, bên trong là tên thuộc tính, được nối với thực thể

* Mô hình hướng đối tượng

Theo Rao (1994), “Mô hình cơ sở dữ liệu hướng đối tượng (CSDL hướng đối tượng) là sự kết hợp của đối tượng ngôn ngữ lập trình hệ thống (OOPL) và các hệ thống liên tục Sức mạnh của CSDL hướng đối tượng xuất phát từ việc xử

lý liên tục của hai dữ liệu liên tục và dữ liệu tạm thời

Ý tưởng cơ bản về định hướng đối tượng xuất phát từ việc quan sát thấy thế giới thường được coi là một tập hợp bao hàm các đối tượng tương tác lẫn nhau theo nhiều cách khác nhau Tương tác giữa các đối tượng có thể được nhận như một lệnh hay thông điệp được gửi tới một đối tượng bằng lời nói hoặc bằng một số hành động Dựa trên các hoạt động thông thường được ứng dụng vào trong đối tượng hoặc lệnh mà chúng phản hồi, chúng được nhóm lại thành các lớp Ban đầu khái niệm này được giới thiệu trong lĩnh vực lập trình như một bộ phận của ngôn ngữ mô phỏng SIMULA Càng gần đây chúng càng trở nên phổ biến và được thừa nhận rộng rãi

Trong công nghệ phần mềm, hướng đối tượng đã trở thành phương pháp thiết kế hàng đầu cho việc tạo mô hình đối tượng giống như những gì con người quan sát được từ thực tế Không giống như các phương pháp tiếp cận được sử dụng trước đây, phương pháp này kết hợp việc tạo mô hình cấu trúc và các hoạt động hành vi của đối tượng Trừu tượng hóa trước tiên tạo mô hình cho hoạt động Phương pháp hướng đối tượng tỏ ra hoàn toàn phù hợp với khái niệm toán học về đa dạng tương thích hoặc đại số không đồng nhất Đứng trên quan điểm này, miêu tả của một đối tượng bao gồm tên cho loại của nó, một tập hợp các hoạt động thích hợp cho các đối tượng loại này và một tập hợp các tiên đề định nghĩa hành vi của một hoạt động dưới dạng các dạng các hoạt động khác

2.2.2 Thiết kế cơ sở dữ liệu phục vụ giám sát công viên địa chất

Thiết kế cơ sở dữ liệu phục vụ cho giám sát công viên địa chất đượckhái quát như sau:

* Thiết kế khái niệm

Ở mức thiết kế khái niệm là cơ sở hình thành CSDL phục vụ cho giám sát công viên địa chất cần xâydựng CSDL được xây dựng trên cơ sở khảo sát nhu cầu, thông tin và nguồn dữ liệu Xây dựng một sơ đồ tổng quát cho các yêu cầu cho CSDL HTTTĐL Mức thiết kế này quan tâm đến các mục tiêu ứng dụng của

cơ sở dữ liệu đó là phục vụ mục đích giám sát công viên địa chất

* Thiết kế logic

Trong mức thiết kế này, CSDL phục vụ cho giám sát công viên địa chấtđược mô tả chi tiết, bao gồm các hạng mục thông tin, các mối quan hệ dữ liệu, đặt mức độ chính xác, các thủ tục đảm bảo toàn vẹn dữ liệu Trong thiết kế logic này, cấu trúc của các thành phần trong CSDL (còn gọi là cấu trúc CSDL) cũng được đưa ra

* Thiết kế vật lý

Thiết kế vật lý cơ sở dữ liệu phục vụ mục đích giám sát công viên địa chất

là sự triển khai và điều chỉnh thành quả của mức logic trên các phần cứng, phần mềm cụ thể của hệ thống thông tin địa lý

Hình 2.1 Cấu trúc CSDL phục vụ giám sát công viên địa chất

Trên cơ sở thiết kế khái quát nêu trên, các nội dung thiết kế cơ sở dữ liệu phục vụ cho giám sát công viên địa chất được trình bày cụ thể như sau:

Cơ sở dữ liệu công viên địa chất gồm các nhóm lớp:

(1) Cơ sở dữ liệu cơ sở đo đạc quy định cấu trúc dữ liệu của các kiểu đối tượng địa lý thuộc chủ đề cơ sở đo đạc Nhóm này gồm các dữ liệu, các thông tin liên quan đến cơ sở đo đạc như điểm gốc quốc gia, điểm cơ sở quốc gia,…

(2) Cơ sở dữ liệu biên giới địa giới quy định cấu trúc dữ liệu của các kiểu đối tượng địa lý thuộc chủ đề biên giới quốc gia và địa giới hành chính Nhóm này gồm các dữ liệu, các thông tin liên quan đến biên giới quốc gia và địa giới hành chính như địa phận, đường địa giới, đường biên giới, đường cơ sở lãnh hải, điểm cơ sở lãnh hải, vùng biên,…

(3) Cơ sở dữ liệu địa hình quy định cấu trúc dữ liệu của các kiểu đối tượng địa lý thuộc chủ đề địa hình như điểm độ cao, đường bình độ, địa danh sơn văn, địa hình đặc biệt, điểm độ sâu,…

(4) Cơ sở dữ liệu thủy hệ quy định cấu trúc dữ liệu của các kiểu đối tượng địa lý thuộc chủ đề thủy hệ như ranh giới nước mặt, nguồn nước, kênh mương, sông suối, đê, đập, đầm lầy,…

(5) Cơ sở dữ liệu giao thông quy định cấu trúc dữ liệu của các kiểu đối tượng địa lý thuộc chủ đề giao thông như ranh giới đường bộ, tim đường, mặt đường bộ, cầu, hầm giao thông, tà luy giao thông, đèo, bến bãi,…

(6) Cơ sở dữ liệu dân cư cơ sở hạ tầng quy định cấu trúc dữ liệu của các kiểu đối tượng địa lý thuộc chủ đề hạ tầng dân cư và hạ tầng kỹ thuật như nhà, công trình kiến trúc đặc biệt, trạm quan trắc, trạm thu phát sóng, điểm dân cư, đường dây điện,…

(7) Cơ sở dữ liệu phủ bề mặt quy định cấu trúc dữ liệu của các kiểu đối tượng địa lý thộc chủ đề bề mặt như các loại phủ bề mặt, ranh giới phủ bề mặt,…

(8) Cơ sở dữ liệu công viên địa chất quy định cấu trúc dữ liệu của các kiểu đối tượng địa lý thuộc chủ đề về công viên địa chất như điểm di sản, cụm di sản, địa tầng,…

Trong 8 nhóm lớp cơ sở dữ liệu nêu trên, các nhóm lớp CSDL từ (1) đến (7) được xây dựng dựa theo thông tư số 20/2014/TT-BTNMT quy định kỹ thuật

về mô hình cấu trúc, nội dung cơ sở dữ liệu nền địa lý tỷ lệ 1:50.000 Tuy nhiên, các đối tượng được lựa chọn để xây dựng CSDL trong đề tài luận văn đều được lựa chọn cho phù hợp với mục tiêu là CSDL phục vụ giám sát công viên địa chất Cụ thể cấu trúc CSDL của các nhóm lớp đối tượng nêu trên được trình bày trong phần phụ lục Trong phần tiếp theo của luận văn, nhóm lớp cơ sở dữ liệu phục vụ giám sát công viên địa chất thuộc phần nội dung chính của đề tài sẽ được trình bày cụ thể

ArcGIS CVDC

NenCSDLCVDC

+ maNhanDang: esriFieldTypeString + ngayCapNhat: date

+ ngayThuNhan: date

CVDC

DiemDiSan

+ maDoiTuong: esriFieldTypeString + soThuTuDiSanDiaChat: esriFieldTypeString + tenDiSan: esriFieldTypeString

+ loaiDiSan: LoaiDiSan + capDiSan: CapDiSan + viTriHanhChinh: ViTriHanhChinh + kieuDiSan: KieuDiSan + thuocCumDiSan: esriFieldTypeString + dacDiemDiaChat: esriFieldTypeString + mucDoBaoVeBaoTon: MucDoBaoVeBaoTon

DiaTang

+ maDoiTuong: esriFieldTypeString + tenDiaTang: esriFieldTypeString + tuoiDiaChat: esriFieldTypeString

Hình 2.2 Lớp cơ sở dữ liệu công viên địa chất Bảng 2.1 Các lớp thông tin cơ sở dữ liệu công viên địa chất

Kiểu cơ sở NenDiaLy50N

Tên các thuộc tính maDoiTuong, ten, , loaiDoiTuongCumDiSan,

loaiCumDiSan, loaiDiSan, mucDoBaoTon, geo

Thuộc tính đối tượng:

Mô tả Mã phân loại đối tượng theo danh mục đối tượng địa

lý cơ sở Kiểu miền giá trị Xác định

DC01 Cụm di sản

Kiểu dữ liệu CharacterString

CDS01 Số thứ tự cụm di sản CDS02 Tên cụm di sản

1

Cụm tập trung nhiều

di sản khác

Điểm tập trung nhiều di sản khác (văn hóa, phi vật thể,…)

Danh sách giá trị Mã Nhãn Mô tả

TDS01 Cổ sinh TDS02 Địa mạo và hang động TDS03 Cổ môi trường

TDS04 Đá

TDS05 Địa tầng TDS06 Khoáng vật TDS07 Kinh tế địa chất TDS08 Kiến tạo

TDS09 Các vấn đề vũ trụ

TDS10

Những đặc trưng địa chất có tầm lục địa/đại dương

TDS11 Địa văn hóa TDS12 Khác

1 Nguy cơ bị phá hủy,

bảo tồn kém

2 Bảo tồn nhưng chưa được bảo vệ

3 Bảo tồn, bảo vệ tốt