luận án tiến sĩ nghiên cứu giải pháp kỹ thuật xây dựng cơ sở dữ liệu quản lý tài nguyên khoáng sản bằng công nghệ WebGIS

ĐẬU THANH BÌNHNGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN BẰNG CÔNG NGHỆ WEBGIS LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2021... Giải pháp kỹ thuật của Na

ĐẬU THANH BÌNH

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠ SỞ

DỮ LIỆU QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN BẰNG

CÔNG NGHỆ WEBGIS

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2021

ĐẬU THANH BÌNH

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠ SỞ

DỮ LIỆU QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN BẰNG

CÔNG NGHỆ WEBGIS

Ngành: Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ

Mã số: 9520503

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Trường Xuân

Hà Nội - 2021

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của riêng bản thân tôi Toàn bộ quá trình nghiên cứu được tiến hành một cách khoa học, các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là chính xác, trung thực

và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả luận án

Đậu Thanh Bình

LỜI CẢM ƠN

Luận án này được hoàn thành tại Bộ môn Đo ảnh và Viễn thám, Khoa Trắc địa

- Bản đồ và Quản lý đất đai, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Trong quá trình thực hiện nghiên cứu, tác giả luôn nhận được sự giúp đỡ, tạo điều kiện của các thầy, cô giáo và các đồng nghiệp trong Bộ môn Đo ảnh và Viễn thám, Khoa Trắc địa - Bản đồ và Quản lý đất đai, phòng Đào tạo Sau đại học Tác giả xin bày tỏ lòng cảm

ơn chân thành về sự giúp đỡ đó.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Trường Xuân - thầy giáo trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo cho tác giả hoàn thành luận án này.Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến tất cả các thầy, cô giáo, các nhà khoa học, đồng nghiệp đang công tác tại Sở Tài nguyên và Môi trường, thủ trưởng đơn vị và người thân đã tận tình giúp

đỡ, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tác giả hoàn thành luận án này.

Xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ x

MỞ ĐẦU ……… 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VỀ XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU WEBGIS PHỤC VỤ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN 6

1.1 Thực trạng tài nguyên khoáng sản Việt Nam và Nghệ An 6

1.1.1 Thực trạng khoáng sản Việt Nam 6

1.1.2 Thực trạng khoáng sản Nghệ An 7

1.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước 8

1.2.1 Trên thế giới 9

1.2.2 Trong nước 30

1.3 Đánh giá kết quả nghiên cứu 40

1.4 Những vấn đề được phát triển trong luận án 41

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC ỨNG DỤNG NỀN TẢNG MÃ NGUỒN MỞ XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN 42

2.1 WebGIS mã nguồn mở 42

2.1.1 Tổng quan WebGIS 42

2.1.2 Nền tảng phát triển WebGIS mã nguồn mở 43

2.2 Một số kỹ thuật xử lý dữ liệu dựa trên mô hình WebGIS mở 53

2.2.1 WMS 53

2.2.2 WFS 55

2.2.3 TMS 56

2.2.4 WMTS 58

2.2.5 Kỹ thuật lập chỉ mục không gian GiST trong PostGIS 62

2.3 Một số thuật toán chiết tách thông tin khoáng sản trên ảnh viễn thám

64

2.3.1 Chỉ số khoáng sản 64

2.3.2 Phương pháp PCA 66

2.3.3 Phương pháp DPCA 70

2.4 Kết luận chương 2 71

CHƯƠNG 3 GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU WEBGIS QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN 73

3.1 Quy trình về xây dựng và quản lý CSDL tài nguyên môi trường 73

3.2 Mô hình giải pháp tổng thể về xây dựng và quản lý CSDL tài nguyên khoáng sản 75

3.3 Giải pháp kỹ thuật về xây dựng CSDL tài nguyên khoáng sản 81

Xây dựng các lớp dữ liệu bản đồ dạng vector 82

Xây dựng lớp dữ liệu không gian mỏ khoáng sản 84

Xây dựng lớp dữ liệu ảnh 85

Xây dựng lớp thông tin thuộc tính 92

Xây dựng lớp dữ liệu đa phương tiện 93

3.4 Giải pháp kỹ thuật về xây dựng hệ thống quản lý tài nguyên khoáng sản 93 Mô đun phân quyền 95

Mô đun cập nhập dữ liệu 96

Mô đun truy vấn dữ liệu 97

Mô đun nhập liệu 101

Mô đun phân tích, thống kê 102

3.5 Kết luận chương 3 102

CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU WEBGIS QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN CỦA HUYỆN QUỲ HỢP TỈNH NGHỆ AN 103

4.1 Khu vực thực nghiệm 103

4.2 Xây dựng CSDL tài nguyên khoáng sản Qùy Hợp 104

Xây dựng các lớp dữ liệu không gian dạng vector 105

Xây dựng các bảng dữ liệu thuộc tính 112

Xây dựng các lớp dữ liệu không gian dạng raster 116

4.3 Thực nghiệm đánh giá một số kỹ thuật xử lý dữ liệu lớn 121

Kỹ thuật đa luồng trong xử lý ảnh viễn thám kích thước lớn 121

Xây dựng chỉ mục không gian GiST đối với CSDL không gian lớn 124

4.4 Xây dựng thử nghiệm WebGIS quản lý tài nguyên khoáng sản Qùy Hợp 130

Xây dựng CSDL không gian tài nguyên khoáng sản trên PostGIS 131

Thiết lập hệ thống WebGIS quản lý tài nguyên khoáng sản trên GeoServer 133

Xây dựng giao diện hệ thống WebGIS quản lý tài nguyên khoáng sản 134

4.5 Kết luận chương 4. 138

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 139

A Kết luận 139

B Kiến nghị 139

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 141

TÀI LIỆU THAM KHẢO 142

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT API : Application Programming Interface : Giao diện lập trình ứng dụng

DBMS : Database Management System : Hệ quản trị cơ sở dữ liệu DDP : Degrees per pixel Tọa độ theo điểm ảnh

DPCA : Directed Principal Component : Phân tích thành phần chính có

ESA : European Space Agency : Cơ quan vũ trụ Châu Âu FOSS : Free and Open Source Software : Phần mềm miễn phí mã nguồn mở GIS : Geographic information system : Hệ thống thông tin địa lý GML : Geography Markup Language : Ngôn ngữ đánh dấu địa lý GUI : Graphical User Interface : Giao diện đồ họa người dùng HTTP : Hypertext Transfer Protocol : Giao thức truyền siêu văn bản HTTPS : Hyper Text Transfer Protocol Secure : Giao thức truyền tải siêu văn bản

bảo mật LAN : Local Area Network : Mạng máy tính cục bộ

OGC : Open Geospatial Consortium : Hiệp hội không gian địa lý mở OSGeo : Open Source Geospatial Foundation : Tổ chức địa không gian mã nguồn

mở PCA : Principal Components Analysis : Phân tích thành phần chính ROI : Region Of Interest : Khu vực quan tâm

SDE : Spatial Database Engine : Công cụ CSDL không gian SDI : Spatial Data Infrastructure : CSDL hạ tầng không gian SLD : Styled Layer Description : Sự biểu diễn lớp dữ liệu SQL : Structured Query Language : Ngôn ngữ truy vấn cấu trúc TMS : Tile Map Service : Dịch vụ bản đồ Tile

WCS : Web Coverage Service : Dịch vụ Coverage Web WFS : Web Processing Service : Dịch vụ xử lý Web

WMTS : Web Map Tile Service : Dịch vụ bản đồ Web dạng Tile XML : eXtensible Markup Language : Ngôn ngữ đánh dấu mở rộng

DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Kích thước tập tin và thời gian tải về đối với dịch vụ WFS được tạo bởi

các máy chủ MapServer, GeoServer và ArcServer. 45

Bảng 2.2 Kết quả hồi quy tuyến tính đối với thời gian xử lý WFS và kích thước tập tin tải về từ ba máy chủ bản đồ. 46

Bảng 2.3 Đánh giá thời gian phản hồi dịch vụ WMS của các máy chủ .47 Bảng 2.4 So sánh tốc độ xử lý giữa WMS và tile map 62

Bảng 2.5 Bảng các giá trị riêng 70

Bảng 3.1 Quyền truy cập hệ thống với các nhóm đối tượng. 96

Bảng 4.1 Danh sách các lớp dữ liệu không gian dạng vector huyện Qùy Hợp 106

Bảng 4.2 Sự biểu diễn một số lớp dữ liệu không gian trên hệ thống WebGIS quản lý TNKS Qùy Hợp 109

Bảng 4.3 Bảng thông tin thuộc tính của lớp mỏ khoáng sản 112

Bảng 4.4 Bảng thông tin thuộc tính của lớp doanh nghiệp 113

Bảng 4.5 Bảng thông tin thuộc tính về các hoạt động kiểm tra 113

Bảng 4.6 Bảng thông tin thuộc tính về các hoạt động xử lý vi phạm 113

Bảng 4.7 Bảng Thông tin của lớp giấy phép hoạt động khoáng sản 114

Bảng 4.8 Bảng thông tin thuộc tính của lớp dữ liệu loại khoáng sản .114

Bảng 4.9 Bảng thông tin thuộc tính về lớp đối tượng cán bộ tham gia công tác quản lý tài nguyên khoáng sản 114

Bảng 4.10 Bảng thông tin về lớp phân quyền 115

Bảng 4.11 Bảng thông tin về lớp tài khoản người dùng 115

Bảng 4.12 Kết quả tính toán đa luồng đối với chỉ số oxit sắt 123

Bảng 4.13 Kết quả tính toán đa luồng đối với chỉ số khoáng sản sét .123 Bảng 4.14 Bảng kết quả với ST_Dwithin giữa hai tập dữ liệu dạng đường và dạng điểm 127

Bảng 4.15 Bảng kết quả với ST_Dwithin giữa hai tập dữ liệu dạng vùng và dạng điểm 127

Bảng 4.16 Bảng kết quả với ST_Intersects giữa hai tập dữ liệu dạng đường và dạngđiểm 128

Bảng 4.17 Bảng kết quả với ST_Crosses giữa hai tập dữ liệu dạng đường và dạngđường 128

Bảng 4.18 Chức năng tương tác với bản đồ 136

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ Hình 1.1 Mỏ đá xã Châu Hồng, huyện Quỳ Hợp bị khai thác sai quy trình. .6

Hình 1.6 Giải pháp kỹ thuật của Seyed Mohammad Bolouki về việc xây dựng lớp

dữ liệu tiềm năng khoáng hóa vàng dựa trên bộ phân loại mạng Bayes

14

Hình 1.7 giải pháp kỹ thuật của hệ thống xây dựng và quản lý tài nguyên thiên

nhiên dựa trên mô hình phân tán của Sakhare. 15

Hình 1.8 Giải pháp kỹ thuật về hệ thống xử lý, phân tích TNKS dựa trên mô hìnhWebGIS mở của Finnian OConnor 16

Hình 1.9 Giải pháp kỹ thuật của Miao Liu về hệ thống quản lý CSDL thông tin

đường bay và ảnh viễn thám 17

Hình 1.10 Giải pháp kỹ thuật của George Tudor về việc xây dựng và quản lý CSDLtài nguyên khoáng sản dựa trên WebGIS. 18

Hình 1.11 Mô hình CSDL không gian khoáng sản của Bo J. 19

Hình 1.12 Mô hình ứng dụng để bàn trong quản lý CSDL không gian tài nguyênkhoáng sản của Bo J. 20

Hình 1.13 Giải pháp kỹ thuật của Joel B về quản lý CSDL không gian tài nguyênkhoáng sản dựa trên WebGIS. 20

Hình 1.14 Mô hình lưu trữ CSDL tài nguyên khoáng sản trong nghiên cứu của JoelBandibas 21Hình 1.15 Mô hình về dịch vụ bản đồ mạng WMS trong nghiên cứu của Joel

Bandibas 21

Hình 1.16 giải pháp kỹ thuật của Arifin Itsnani về xây dựng hệ thống quản lý khai

thác, sử dụng đất 23

Hình 1.17 Mô hình giải pháp kỹ thuật của Nizamuddin về xây dựng hệ thống WebGIS quản lý thông tin tiềm năng năng lượng tái tạo ở Aceh, Indonesia. 24

Hình 1.18 Mô hình CSDL không gian tài nguyên khoáng sản của Nan Li 24

Hình 1.19 Giải pháp kỹ thuật của Nan Li về việc xây dựng hệ thống quản lý CSDL tài nguyên khoáng sản dựa trên ứng dụng máy tính để bàn 25

Hình 1.20 Hệ thống thông tin thăm dò khoáng sản của Mahyar Yousefi 26

Hình 1.21 Mô hình giải pháp của Mahyar Yousefi về xây dựng hệ thông tin thăm dò khoáng sản 27

Hình 1.22 Giải pháp kỹ thuật của Joel B về hệ thống chia sẻ thông tin về tai biến địa chất dựa trên WebGIS mã nguồn mở. 28

Hình 1.23 Dịch vụ WMS trong hệ thống G-EVER 29

Hình 1.24 Giải pháp kỹ thuật của hệ thống G-EVER di động. 30

Hình 1.25 Giải pháp xây dựng CSDL quản lý tiến độ xuống giống và tình hình dịch hại lúa tỉnh An Giang của Trương Chí Quang 31

Hình 1.26 Mô hình tổng quan CSDL quản lý tiến độ xuống giống và tình hình dịch hại 31

Hình 1.27 Mô hình CSDL thủy lợi 32

Hình 1.28 Mô hình tổng quan về CSDL tài nguyên rừng 34

Hình 1.29 Mô hình tổng quan CSDL phục vụ canh tác lúa 35

Hình 1.30 Sơ đồ quy trình xây dựng CSDL đất trồng lúa bằng QGIS 37

Hình 1.31 Mô hình tổng quan về CSDL của hệ thống quản lý và hỗ trợ điều hành hệ thống tưới theo thời gian thực 38

Hình 1.32 Các bước xác định ngưỡng giá trị phát hiện sớm khai thác khoáng sản 39 Hình 2.1 Mô hình kiến trúc cơ bản của hệ thống WebGIS. 42

Hình 2.2 Mô hình tổng quan về GeoServer 44

Hình 2.3 So sánh thời gian xử lý và kích thước tập tin tải về của các máy chủ bản

Hình 2.4 CyberTech PostgreSQL 49

Hình 2.5 Mô hình cây phân cấp của các máy chủ CSDL tại Instagram .49 Hình 2.6 Mô hình tổng quan dịch vụ WMS 53

Hình 2.7 Lược đồ về mô hình máy khách - máy chủ sử dụng WMS 54

Hình 2.8 Lược đồ về mô hình máy khách - máy chủ sử dụng WFS 56

Hình 2.9 Mô hình tổng quan dịch vụ WMTS 58

Hình 2.10 Dịch vụ WMTS chia hình ảnh thành các tile. 59

Hình 2.11 Lược đồ về mô hình máy khách - máy chủ sử dụng dịch vụ WMTS 60

Hình 2.12 Biểu diễn thuật toán lựa chọn tile để hiển thị [58]. 60

Hình 2.13 Mô hình sử dụng kỹ thuật Map Tile trong bộ nhớ đệm 61

Hình 2.14 Cách chỉ mục không gian làm việc 62

Hình 2.15 Cây tìm kiếm CSDL không gian sử dụng chỉ số GiST 63

Hình 2.16 Khu vực mỏ sét Hữu Khánh, Tân Phương, Thanh Thủy, Phú Thọ 65

Hình 2.17 Khu vực mỏ sắt, Trại Cau, Đồng Hỷ, Thái Nguyên 66

Hình 2.18 Mô tả phép biến đổi trực giao tuyến tính giữa hai kênh ảnh 1 và 2 67 Hình 2.19 Tập dữ liệu ảnh gốc và ảnh PC 70

Hình 3.1 Sơ đồ quy trình xây dựng CSDL tài nguyên và môi trường 73

Hình 3.2 Sơ đồ quy trình xây dựng ứng dụng phần mềm hỗ trợ việc quản lý, khai thác CSDL trong ngành tài nguyên và môi trường 74

Hình 3.3 Mô hình tổng quan về xây dựng và quản lý CSDL TNKS 76

Hình 3.4 Con người với hệ thống xây dựng và quản lý CSDL TNKS 77

Hình 3.5 Mô hình giải pháp kỹ thuật của hệ thống xây dựng CSDL TNKS dựa trên nền tảng GIS mã nguồn mở 78

Hình 3.6 Các nguồn thông tin, dữ liệu tài nguyên khoáng sản được quản lý 79

Hình 3.7 Mô hình giải pháp kỹ thuật của hệ thống quản lý TNKS dựa trên nền tảng WebGIS mã nguồn mở 80

Hình 3.8 Giải pháp kỹ thuật về lưu trữ CSDL TNKS 81

Hình 3.9 Mô hình xây dựng CSDL tài nguyên khoáng sản 82

Hình 3.11 Sơ đồ quy trình xây dựng và quản lý các lớp dữ liệu bản đồ dạng vector 83

Hình 3.12 Cách tạo lớp dữ liệu dân cư khu vực Qùy Hợp - Nghệ An từ lớp dân cư

của mảnh bản đồ tỷ lệ 1:50.000 84

Hình 3.13 Sơ đồ quy trình xây dựng lớp dữ liệu không gian mỏ khoáng sản 85 Hình 3.14 a - dữ liệu gốc về các điểm khoáng sản; b - dữ liệu điểm khoáng sản dạng csv; c - dạng hình học của mỏ khoáng sản 85

Hình 3.15 Lớp dữ liệu ảnh 86

Hình 3.16 Sơ đồ quy trình xây dựng lớp dữ liệu bản đồ địa chất khoáng sản 86 Hình 3.17 Sơ đồ quy trình xây dựng lớp dữ liệu ảnh viễn thám 87

Hình 3.18 Sơ đồ thuật toán cắt ảnh theo vùng 88

Hình 3.19 a - kênh 7 của dữ liệu ảnh Landsat-8; b - dữ liệu vector của Qùy Hợp; 88 Hình 3.20 Sơ đồ thuật toán tổ hợp kênh 88

Hình 3.21 Sơ đồ thuật toán thực hiện chỉ số khoáng sản. 89

Hình 3.22 Sơ đồ chi tiết thuật toán tạo ảnh chỉ số khoáng sản 90

Hình 3.23 Sơ đồ thuật toán tạo DPCA 91

Hình 3.24 Quy trình xây dựng lớp thông tin tiềm năng khoáng sản từ dữ liệu ảnh viễn thám 92

Hình 3.25 Sơ đồ quy trình chung xây dựng lớp dữ liệu thuộc tính 93

Hình 3.26 Sơ đồ quy trình xây dựng lớp dữ liệu đa phương tiện 93

Hình 3.27 Mô hình giải pháp kỹ thuật về hệ thống quản lý TNKS dựa trên nền tảng WebGIS mã nguồn mở 95

Hình 3.28 Mô đun cập nhập dữ liệu trên hệ thống quản lý TNKS. 96

Hình 3.29 Các trường hợp có mối quan hệ tiếp xúc. 100

Hình 3.30 Sơ đồ quy trình thực hiện truy vấn dữ liệu trên hệ thống WebGIS quản lý TNKS. 101

Hình 3.31 Sơ đồ quy trình thực hiện nhập liệu trên hệ thống WebGIS quản lý TNKS 101

Hình 3.32 Sơ đồ quy trình thực hiện phân tích, thống kê trên hệ thống WebGIS

Hình 4.5 Bản đồ các lớp vector GIS huyện Qùy Hợp. 111

Hình 4.6 Mô hình biểu diễn mối quan hệ giữa các lớp đối tượng trong CSDL thôngtin khoáng sản. 115

Hình 4.7 Mô hình biểu diễn các đối tượng liên quan tới chức năng phân quyền 116Hình 4.8 Tổ hợp ảnh viễn thám khu vực Qùy Hợp, Nghệ An 117

Hình 4.9 Quy trình xây dựng lớp dữ liệu tiềm năng khoáng sản đá từ tập dữ liệuảnh vệ tinh Landsat-8 dựa trên phương pháp DPCA 118

Hình 4.10 Hình ảnh vệ tinh Landsat-8 trong dải phổ kênh 4, kênh 5, kênh 6 và kênh

Hình 4.14 Xử lý luồng đối với dữ liệu ảnh đa phổ 122

Hình 4.15 Biểu đồ thể hiện thời gian tính toán đa luồng đối với chỉ số oxit sắt 123Hình 4.16 Thời gian tính toán đa luồng đối với chỉ số khoáng sản sét.

124

Hình 4.17 Biểu đồ thể hiện kết quả thực hiện của các phép truy vấn không giantrong trường hợp sử dụng/không sử dụng chỉ mục GiST. 130

Hình 4.18 Truy vấn danh sách các điểm mỏ trong CSDL không gian tài nguyên

khoáng sản huyện Qùy Hợp 132

Hình 4.19 Sử dụng QGIS để biên tập CSDL không gian tài nguyên khoáng sản 133 Hình 4.20 Sự biểu diễn lớp dữ liệu tài nguyên khoáng sản dạng vùng dựa trên SLD

Hình 4.21 Sự biểu diễn các lớp dữ liệu không gian dạng vector khu vực Qùy Hợpthông qua xử lý của GeoServer 134

Hình 4.22 Giao diện chính của hệ thống WebGIS quản lý TNKS 135

Hình 4.23 Một số giao diện chức năng hệ thống 135

Hình 4.24 Giao diện hiển thị thông tin doanh nghiệp khai thác khoáng sản

137

Hình 4.25 Giao diện thực hiện chức năng thêm mới doanh nghiệp tham gia khaithác khoáng sản 137

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của luận án

Việt Nam có nguồn TNKS phong phú, đa dạng Theo kết quả điều tra của Tổng cục Địa chất và Khoáng sản, nước ta có hơn 5000 mỏ với trên 60 loại khoáng sản khác nhau Công nghiệp khai khoáng tiếp tục là ngành có đóng góp lớn và tăng trưởng cao, đứng ở vị trí thứ 3 trong các ngành có đóng góp lớn nhất cho tăng trưởng GDP Là nguồn lực quan trọng để phát triển kinh tế của đất nước, quản lý tài nguyên khoáng sản là nhu cầu quan trọng và cấp thiết, là chiến lược quốc gia nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình từ thăm dò, xây dựng, khai thác, chế biến và bảo vệ môi trường mỏ.Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư diễn ra trong tất cả các lĩnh vực, trong đó có cả các lĩnh vực quản lý nhà nước về nguồn tài nguyên khoáng sản Việc áp dụng các nền tảng công nghệ tiên tiến

đã trở nên cần thiết hơn bao giờ hết nhằm đảm bảo quản lý, khai thác nguồn TNKS lâu dài, phục vụ phát triển kinh tế đất nước theo hướng bền vững Đây là một trong những nhiệm vụ trọng tâm đã được chính phủ xác định Với cuộc cách mạng công nghệ như hiện nay, việc áp dụng các nền tảng WebGIS mã nguồn mở trong xây dựng CSDL quản lý TNKS là hợp lý, phù hợp cũng như đảm bảo tính thời sự, độ tin cậy Các giải pháp mã nguồn mở đã được chứng minh là hiệu quả trong nhiều nghiên cứu khoa học, cũng như là nền tảng phát triển trong các hệ thống quản lý dữ liệu không gian của nhiều tập đoàn, doanh nghiệp Có thể kể đến các nghiên cứu của Fortes (2013) [35], Ranka S (2015) [58], Nutjaree C (2016) [53]

Santosh K và cộng sự (2016) [64] đã ứng dụng công nghệ WebGIS để phát triển hệ thống giám sát sản lượng cây trồng và các hoạt động liên quan tới mùa vụ nhằm giúp người dùng có thể truy cập các thông tin Levente J (2016) [45] đã ứng dụng nền tảng WebGIS mã nguồn mở để phát triển hệ thống hỗ trợ việc thu thập dữ liệu của các hệ thống sông ngòi; từ đó phân tích thủy văn nhằm mục đích đánh giá các khu vực có khả năng gặp rủi ro ngập lụt trong mùa mưa lũ Ở Việt Nam, có một số các nghiên cứu ứng dụng công nghệ WebGIS trong quản lý nguồn tài nguyên

khoáng sản Nguyễn Huy Phương và cộng sự (2009) [11] xây dựng CSDL địa chất khoáng sản, địa chất môi trường và tai biến địa chất các vùng biển Việt Nam dựa trên nền tảng MapServer, NET Framework…Ngoài ra, còn một số các nghiên cứu khác như Nguyễn Văn Cảnh [3], Phạm Đức Trọng [17], Trần Đức Thảo [15], Nguyễn Thanh Phi [9], Trần Nam Phong [10], Trần Thiện Chính [4]… Mặc dù, đã có một số các nghiên cứu giải pháp kỹ thuật về xây dựng CSDL quản lý TNKS dựa theo công nghệ WebGIS Tuy nhiên, các nghiên cứu này vẫn còn tồn tại một số vấn đề như việc xây dựng giải pháp, thiết kế giải pháp kỹ thuật không đồng bộ khi sử dụng cả nền tảng thương mại và mã nguồn mở; hoặc chưa tích hợp công nghệ xử lý dữ liệu ảnh viễn thám trong xây dựng và đánh giá TNKS hay chỉ sử dụng chuẩn biểu diễn bản đồ mạng WMS v.v…

Cơ sở dữ liệu WebGIS là công cụ chia sẻ nhanh chóng dữ liệu và thông tin khoáng sản, hỗ trợ quá trình ra quyết định nhằm quản lý hiệu quả trong tất cả các công đoạn

từ thăm dò, xây dựng, khai thác và bảo vệ môi trường mỏ Cho đến nay, đã có nhiều giải pháp xây dựng cơ sở dữ liệu WebGIS Mỗi giải pháp đều có những ưu nhược điểm và điều kiện ứng dụng riêng Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật phù hợp xây dựng

cơ sở dữ liệu bằng công nghệ WebGIS trong điều kiện của Việt Nam là nhu cầu cần thiết nhằm nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên khoáng sản.

Xuất phát từ những luận giải trên đây, đề tài nghiên cứu sinh:

“Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật xây dựng cơ sở dữ liệu quản lý tài nguyên khoáng sản bằng công nghệ WebGIS” được lựa chọn là xuất phát từ nhu cầu thực tế và có ý nghĩa thực tiễn.

2 Mục tiêu nghiên cứu

Xác lập được cơ sở khoa học và phương pháp luận xây dựng cơ

sở dữ liệu WebGIS nhằm nâng cao hiệu quả công tác quản lý và hoạt động khai thác khoáng sản trong điều kiện Việt Nam.

3 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng khoa học trực tiếp là nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật xây dựng cơ

sở dữ liệu WebGIS cho các lớp tài nguyên khoáng sản, phù hợp cho việc quản lý

hiệu quả tài nguyên khoáng sản trong điều kiện thực tế của Việt Nam.

4 Phạm vi nghiên cứu

- Phạm vi nghiên cứu về nội dung là công nghệ WebGIS mã nguồn mở

và một số kỹ thuật chiết tách thông tin khoáng sản trên ảnh viễn thám

- Phạm vi nghiên cứu về không gian: khu vực huyện Qùy Hợp, tỉnh Nghệ An.

5 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan vấn đề nghiên cứu: thực trạng tài nguyên khoáng sản Việt Nam, Nghệ An; tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan đến luận án.

- Nghiên cứu cơ sở khoa học ứng dụng WebGIS mã nguồn mở trong quản lý tài nguyên khoáng sản: nghiên cứu WebGIS mã nguồn mở; một số kỹ thuật

xử lý dữ liệu dựa trên mô hình WebGIS mã nguồn mở; một số thuật toán chiết tách thông tin khoáng sản trên ảnh viễn thám.

- Nghiên cứu đề xuất giải pháp kỹ thuật xây dựng và quản lý CSDL tài nguyên khoáng sản: giải pháp kỹ thuật xây dựng CSDL tài nguyên khoáng sản; giải pháp kỹ thuật quản lý tài nguyên khoáng sản

- Xây dựng thực nghiệm CSDL và WebGIS quản lý TNKS tại huyện Qùy Hợp tỉnh Nghệ An.

6 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp phân tích, tổng hợp: xử lý các nguồn dữ liệu liên quan tới TNKS như dữ liệu đo đạc GPS về mỏ khoảng sản, dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat-8, dữ liệu vector GIS

- Phương pháp viễn thám: xử lý dữ liệu ảnh viễn thám quang học Landsat 8 nhằm xây dựng lớp dữ liệu tiềm năng về khoáng sản

- Phương pháp GIS: xử lý dữ liệu GIS và viễn thám nhằm xây dựng CSDL không gian TNKS; thực hiện các phép phân tích không gian trong các bài toán truy vấn, giám sát TNKS.

- Phương pháp so sánh: so sánh, đánh giá các kết quả nghiên cứu về ứng dụng công nghệ WebGIS trong xây dựng CSDL và quản lý tài nguyên khoáng sản; so

sánh kết quả của lớp dữ liệu tiềm năng về tài nguyên khoáng sản dựa trên

kỹ thuật chiết tách thông tin trên ảnh viễn thám với các thông tin liên quan tới hoạt động quản lý, khai thác, sử dụng tài nguyên khoáng sản.

- Phương pháp mô hình hoá: các hướng nghiên cứu trong luận án được

mô hình hóa giúp dễ hiểu, dễ sử dụng trong quá trình xử lý dữ liệu.

trợ xử lý dữ liệu, thiết kế và cài đặt thuật toán nhằm xây dựng thử nghiệm hệ thống WebGIS xây dựng CSDL và quản lý tài nguyên khoáng sản.

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

7.1 Ý nghĩa khoa học của luận án

Xác lập được cơ sở khoa học và phương pháp luận giải pháp kỹ thuật xây dựng cơ sở dữ liệu WebGIS phục vụ quản lý tài nguyên khoáng sản 7.2 Ý nghĩa thực tiễn của luận án

Kết quả nguyên cứu có thể ứng dụng xây dựng cơ sở dữ liệu WebGIS phục vụ quản lý tài nguyên khoáng sản nói chung và xây dựng

cơ sở dữ liệu WebGIS cho huyện Qùy Hợp tỉnh Nghệ An nói riêng.

8 Luận điểm bảo vệ

Luận điểm 1: Giải pháp chiết tách thông tin từ ảnh viễn thám kết hợp với phân tích GIS dựa trên nền tảng mở đáp ứng tính thời sự và độ tin cậy trong xây dựng cơ sở dữ liệu tài nguyên khoáng sản.

Luân điểm 2: Công nghệ WebGIS mã nguồn mở là giải pháp kỹ thuật phù hợp đáp ứng công tác quản lý cơ sở dữ liệu lớn tài nguyên khoáng sản.

9 Những điểm mới của luận án

- Đề xuất giải pháp kỹ thuật xây dựng CSDL không gian TNKS từ kỹ thuật chiết tách thông tin ảnh viễn thám và phân tích GIS dựa trên nền tảng mở nhằm phục vụ bài toán giám sát, đánh giá hiện trạng.

- Xây dựng mô hình hệ thống quản lý TNKS dựa trên nền tảng WebGIS

mã nguồn mở phù hợp cho việc quản lý CSDL lớn tài nguyên khoáng sản.

10 Khối lượng và kết cấu luận án

Luận án bao gồm các phần chính như sau:

Mở đầu

Chương 1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu về xây dựng cơ sở dữ liệu WebGIS phục vụ quản lý tài nguyên khoáng sản.

Chương 2 Cơ sở khoa học ứng dụng nền tảng mã nguồn mở xây dựng

cơ sở dữ liệu quản lý tài nguyên khoáng sản

Chương 3 Giải pháp kỹ thuật xây dựng cơ sở dữ liệu WebGIS quản

lý tài nguyên khoáng sản.

Chương 4 Ứng dụng giải pháp kỹ thuật xây dựng cơ sở dữ liệu

WebGIS quản lý tài nguyên khoáng sản của huyện Qùy Hợp tỉnh Nghệ

An Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Danh mục công trình công bố của tác giả

Phụ lục

Luận án được trình bày trong 187 trang, 106 hình vẽ và sơ đồ, 24 bảng biểu.

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VỀ XÂY DỰNG CƠ

SỞ DỮ LIỆU WEBGIS PHỤC VỤ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN 1.1 Thực trạng tài nguyên khoáng sản Việt Nam và Nghệ An

1.1.1 Thực trạng khoáng sản Việt Nam

Việt Nam có nguồn TNKS đa dạng, phong phú với trên 5000 mỏ, 60 loại khoáng sản khác nhau; có ý nghĩa chiến lược và là nguồn lực để phát triển kinh tế - xã hội đất nước Năm 2017, theo thống kê báo cáo của Tổng cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam, giá trị sản lượng ngành khai khoáng (không kể dầu khí) chiếm khoảng 4-5% tổng GDP hàng năm Để quản lý hiệu quả nguồn tài nguyên khoáng sản, chính phủ đã ban hành nhiều quy định, chính sách như pháp lệnh 22/PL-HĐBT về TNKS ngày 28/7/1989; Nghị định số 95/NĐ-HĐBT ngày 25/3/1992 về hướng dẫn thi hành Pháp lệnh về Tài nguyên Khoáng sản; Luật khoáng sản năm 1996 và sửa đổi bổ sung một số điều vào năm 2005; Luật Khoáng sản số 60/2010/QH12 năm 2010 Ngoài ra, các bộ, ngành chức năng và địa phương cũng tăng cường thanh tra, kiểm tra, siết chặt việc cấp giấy phép khai thác mỏ mới Năm 2014, theo thống kê của Bộ Tài Nguyên và Môi trường, trên cả nước có khoảng 3000 tổ chức, cá nhân đang hoạt động thăm dò, khai thác khoáng sản [24].

Hình 1.1 Mỏ đá xã Châu Hồng, huyện Quỳ Hợp bị khai thác sai quy trình.CHƯƠNG 1.

Tuy nhiên, các hoạt động khai thác khoáng sản trái phép còn diễn ra nhiều Năm 2019, Tổng cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam lập biên bản xử phạt vi phạm hành chính đối với 65 doanh nghiệp Một trong những nguyên nhân dẫn đến tình trạng này là khả năng giám sát, quản lý nguồn TNKS chưa tốt Theo nghiên cứu của Viện Quản trị tài nguyên thiên nhiên (NRGI) công bố năm 2013, Việt Nam đứng thứ 43/58 về khả năng quản trị khai khoáng [18].

Hình 1.2 Sự phân bố khoáng sản ở tỉnh Nghệ AnHình 1.2 thể hiện sự phân bố của một số mỏ khoáng sản lớn ở tỉnh Nghệ An Dữ liệu dược biên tập theo bản đồ địa chất và khoáng sản tỷ lệ 1:200.000 của Tổng

cục Địa Chất và Khoáng Sản Việt Nam.Trong những năm qua, việc khai thác khoáng sản đã được cơ quan chức năng Nghệ An chú ý đầu tư và quản lý Do vậy sản lượng khai thác liên tục tăng Nếu như năm 2000, tỷ trọng của ngành công nghiệp khai khoáng của tỉnh mới đạt 5,66%, thì đến những năm gần đây đã đạt gần 7% Trong những năm qua, công nghiệp khai khoáng ở Nghệ An đã có những đóng góp to lớn trong phát triển kinh tế - xã hội của địa phương, là một động lực quan trọng để tỉnh tiếp tục đẩy mạnh công nghiệp hóa - hiện đại hóa trong thời gian tới Mặc dù vậy, bên cạnh sự phát triển tích cực, quá trình quản lý, khai thác TNKS ở Nghệ An trong thời gian gần đây cũng đã bộc lộ nhiều mặt hạn chế như:

tác quản lý nên để xảy ra tình trạng khoáng sản bị khai thác bừa bãi, trái phép.

- CSDL tài nguyên khoáng sản Nghệ An nhiều bao gồm các bản đồ giấy, các văn bản, quyết định, giấy phép thăm dò, điều tra, khai thác và chế biến khoáng sản cũng như các dữ liệu về kết quả điều tra, thăm dò nhưng lại lưu trữ ở nhiều cơ quan khác nhau, không tập trung Điều này dẫn đến việc tìm kiếm thông tin của doanh nghiệp, khách hàng hay người sử dụng mất nhiều thời gian hoặc khó tiếp cận.

Do vậy, việc xây dựng CSDL tài nguyên khoáng sản thống nhất nhằm tích hợp trong một hệ thống quản lý chung để có thể truy cập thông tin nhanh, hiệu quả là hết sức cần thiết.

1.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước

Ngày nay, với sự phát triển của các kỹ thuật xử lý, phân tích dữ liệu không gian như viễn thám và GIS, kết hợp với các nền tảng WebGIS mở đã thúc đẩy mạnh mẽ quá trình xây dựng, chuẩn hóa, kết nối đồng bộ CSDL, nhằm hỗ trợ các công tác quản lý nhà nước, nghiên cứu khoa học được hiệu quả hơn trong nhiều lĩnh vực như quản lý TNKS, tài nguyên rừng, quy hoạch đô thị Có nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu, ứng dụng các kỹ thuật xử lý dữ liệu không gian trong xây dựng CSDL tài nguyên khoáng sản, địa chất và kết hợp các nền tảng WebGIS

mở nhằm quản lý các nguồn tài nguyên này một cách hiệu quả hơn.

1.2.1 Trên thế giới

Sự phát triển của công nghệ viễn thám và GIS đã làm thay đổi căn bản quá trình thăm dò, khai thác, cũng như quản lý các nguồn TNKS Điều này đã thúc đẩy mạnh mẽ quá trình nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ liên quan tới khoa học trái đất trong lĩnh vực TNKS Nhiều công trình khoa học đã kết hợp viễn thám và GIS để thành lập bản đồ tiềm năng về sự phân bố khoáng sản hay đánh giá sự thay đổi hiện trạng trên phạm vi quy mô lớn Các kỹ thuật chiết tách thông tin khoáng sản trên ảnh viễn thám, phân tích GIS kết hợp với các phân tích khoa học của lĩnh vực địa chất, địa vật lý, địa hóa đã tạo ra các nguồn thông tin về sự phân

bố tiềm năng TNKS nhằm hỗ trợ quá trình khảo sát, thăm dò và đánh giá hiện trạng các nguồn tài nguyên khoáng sản Nhiều công trình nghiên cứu khoa học đã chứng minh tính hữu ích và ứng dụng của các công nghệ này Kết quả của việc ứng dụng các kỹ thuật chiết tách thông tin khoáng sản trên ảnh viễn thám và phân tích GIS là các lớp dữ liệu không gian liên quan tới tài nguyên khoáng sản Đây là nguồn thông tin dữ liệu quan trọng cho quá trình xây CSDL không gian TNKS nhằm đảm bảo yếu tố thời sự, tin cậy.

Năm 1991, tác giả Kuosmanen [44] đã công bố nghiên cứu việc tích hợp dữ liệu ảnh Landsat TM, dữ liệu địa vật lý và ảnh hàng không hồng ngoại gần để lựa chọn các địa điểm khảo sát khoáng sản vàng ở khu vực Kuusamo Phần Lan Kết quả của nghiên cứu đã lựa chọn 20 điểm khảo sát ngoài thực địa có tiềm năng về dự trữ vàng thì phát hiện được hai điểm mỏ biến đổi khoáng hóa chứa vàng Hình 1.3 là sơ đồ của quy trình xây dựng bản đồ tiềm năng về sự phân bố của các mỏ khoáng hóa chứa vàng.

Hình 1.3 Giải pháp kỹ thuật của Kuosmanen trong việc xây dựng bản đồ tiềm năng các mỏ khoáng hóa chứa vàng dựa

trên dữ liệu ảnh viễn thám.

Ngoài ra, có thể kể đến các công trình nghiên cứu khác như Goossens [37] đã ứng dụng viễn thám và GIS trong xây dựng dữ liệu về khoáng sản ở miền Trung Tây Ban Nha phục vụ các công tác khai thác, thăm dò; Schetselaar đã tích hợp thông tin

dữ liệu khoáng sản với các mô hình GIS nhằm nghiên cứu khoáng sản phía Bắc Teirritories Canada Các nghiên cứu này đã cho thấy các kỹ thuật chiết tách thông tin khoáng sản từ dữ liệu ảnh viễn thám kết hợp với phân tích GIS là phương pháp mới trong thành lập các bản đồ tiềm năng về khoáng sản, phục vụ các công tác khảo sát, thăm dò ngoài thực địa Điều này đã thể hiện được tính tin cậy của các kỹ thuật chiết tách thông tin khoáng sản từ ảnh viễn thám và phân tích không gian GIS Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu này chưa thể hiện hết được tính hữu ích của viễn thám, GIS trong nghiên cứu TNKS như đánh giá sự thay đổi hiện trạng của khoáng sản; xây dựng CSDL không gian tài nguyên khoáng sản…

Năm 1999, Sabins [61] đã thực hiện một nghiên cứu tổng hợp về ứng dụng của viễn thám trong thăm dò khoáng sản Công trình này sử dụng nhiều nguồn dữ liệu khác nhau như ảnh Landsat, hệ thống ảnh siêu phổ và các kỹ thuật xử lý chiết tách

thông tin khoáng sản như tỷ số kênh, PCA… Đây là công trình khoa học nghiên cứu sâu rộng với nhiều thực nghiệm khác nhau trong việc thăm dò các loại khoáng sản như sét, sắt, đồng, đá biến đổi nhiệt dich dựa trên dữ liệu viễn thám

đa nguồn Trong nghiên cứu này, Sabins cũng đã chỉ ra sự khác biệt về quang phổ có thể thay đổi đối với các loại thực vật khác nhau và sự phát hiện các mỏ khoáng sản đồng bị che phủ bởi thực vật Kết quả nghiên cứu này có thể bổ sung thêm thông tin, hỗ trợ các nhà địa chất xác định vị trí, đánh giá và lấy mẫu thực địa một cách hiệu quả; từ đó công việc thực địa có thể tập trung ở những khu vực

có tiềm năng khoáng sản cao hơn Nghiên cứu đã cho thấy viễn thám khi được sử dụng hợp lý sẽ cung cấp các thông tin, dữ liệu quan trong cho việc thăm dò khoáng sản Ưu điểm của nghiên cứu này là sử dụng nguồn dữ liệu viễn thám đa nguồn, đa thời gian; cũng như nhiều kỹ thuật chiết tách thông tin ảnh viễn thám Tuy nhiên, nếu các kết quả này kết hợp với phân tích không gian GIS có thể đánh giá hiện trạng của các mỏ khoáng sản một cách trực quan và chính xác hơn.

Hình 1.4 Mô hình xây dựng các lớp tiềm năng khoáng sản dựa trên kỹ

thuật chiết tách thông tinNăm 2013, Sankaran [63] đã xây dựng các khu vực tiềm năng về các mỏ quặng mangan bằng cách sử dụng các kỹ thuật chiết tách thông tin như tỷ số kênh, phân

tích thành phần chính trên ảnh ASTER Trong nghiên cứu này, sự xuất hiện và phân bố của mangan được phân biệt trong các dải quang phổ gần hồng ngoại nhìn thấy, hồng ngoại sóng ngắn của máy đo phát xạ nhiệt Sau đó, kết quả giải đoán hình ảnh được xác minh ngoài thực địa Các mẫu thu thập từ thực địa được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm Các kỹ thuật được nghiên cứu

đã giúp giảm chi phí về thời gian, nhân lực và tài chính trong việc lập bản đồ tiềm năng khoáng sản mangan Nghiên cứu này đã chứng minh khả năng của

bộ cảm biến ASTER trong việc cung cấp thông tin về sự xuất hiện của các mỏ quặng mangan Điều này có giá trị rất lớn cho các hoạt động khảo sát và thăm

dò khoáng sản Tuy nhiên, nhược điểm của nghiên cứu này là chưa kết hợp với việc xác đinh ngưỡng khoáng sản và phân tích GIS nhằm đánh giá chính xác hơn sự khả nghi về sự phân bố các mỏ quặng mangan hay kết hợp các nguồn dữ liệu ASTER đa thời gian để nghiên cứu về sự thay đổi hiện trạng…

Hình 1.5 Giải pháp kỹ thuật của Sankaran Rajendran về việc xây dựng bản đồ tiềm năng khoáng sản mangan dựa trên kỹ thuật chiết tách thông tin ảnh ASTER Năm 2019, Seyed M B [67] đã dựa trên mô hình mạng Bayesian để thành lập bản đồ tiềm năng khoáng sản vàng dựa trên dữ liệu ảnh viễn thám khu vực Ahar- Arasbaran Iran Trong nghiên cứu này, bộ dữ liệu viễn thám đa nguồn (Landsat-7 ETM+, Landsat-8, ASTER) đã được xử lý để phát hiện các vùng thay đổi nhiệt dịch liên quan đến quá trình khoáng hóa vàng Các kỹ thuật tỷ số kênh, RBD

(Relative Absorption Band Depth), phân tích thành phần chính (PCA) được áp dụng trên các tập dữ liệu Landsat-7 ETM+, Landsat-8 nhằm thành lập bản đồ khả nghi các vùng biến đổi nhiệt dịch Sau đó, bộ phân loại mạng Bayes được sử dụng để tổng hợp các lớp dữ liệu về các vùng biến đổi nhiệt dịch Kết quả nghiên cứu cho thấy một số khu vực tiềm năng mới được phát hiện của quá trình khoáng hóa vàng nguyên sinh trong vùng Ahar-Arasbaran Bên cạnh đó, khảo sát thực địa kết hợp phân tích trong phòng thí nghiệm đã được thực hiện để xác minh các kết quả của các bản đồ tiềm năng khoáng sản do bộ phân loại mạng Bayes tạo ra Trong nghiên cứu này, Seyed Mohammad Bolouki đã sử dụng các ma trận confusion, hệ số Kappa nhằm đánh giá

độ chính xác của việc lập bản đồ khoáng vật 30 điểm khảo sát GPS đại diện đã được

sử dụng để tính toán ma trận confusion và hệ số Kappa Kết quả cho thấy độ chính xác tổng thể là 76,66% và độ chính xác hệ số Kappa là 0,71 Độ chính xác này đã minh chứng cho thấy tính chính xác của các bản đồ tiềm năng khoáng sản được xây dựng

từ kỹ thuật viễn thám Kết quả thực địa và phòng thí nghiệm đã xác minh rằng bản đồ tiềm năng khoáng sản của vùng Ahar-Arasbaran đã chỉ ra được các mỏ vàng nguyên sinh đã biết và một số vùng có triển vọng trong khu vực nghiên cứu Nhóm tác giả cũng đã đưa ra khuyến nghị rằng bộ phân loại mạng Bayes có thể được sử dụng rộng rãi như một mô hình phù hơp cho các dữ liệu ảnh viễn thám đa bộ cảm nhằm tạo bản

đồ tiềm năng khoáng sản cho các giai đoạn đầu của quá trình thăm dò khoáng sản vàng ở vùng Ahar-Arasbaran Cộng đồng thăm dò khoáng sản và các công ty khai thác khoáng sản có thể coi bản đồ tiềm năng khoáng sản dựa trên viễn thám như một công cụ giúp tiết kiệm chi phí khảo sát trước khi khảo sát địa vật lý và địa hóa tốn kém.

Hình 1.6 Giải pháp kỹ thuật của Seyed Mohammad Bolouki về việc xây dựng lớp dữ liệu tiềm năng khoáng hóa vàng dựa trên bộ phân loại mạng Bayes

Có thể nói, đây là công trình nghiên cứu khá tỷ mỉ và sâu sắc về ứng dụng của viễn thám trong thăm dò khoáng sản Tuy nhiên, giống như các nghiên cứu trước đây nghiên cứu này chưa kết hợp với phân tích không gian GIS trong việc giám sát, đánh giá thay đổi hiện trạng các khu vực khai thác mỏ khoáng sản … Ngày nay, sự phát triển của GIS và Web đã thúc đẩy mạnh mẽ cho sự phát triển của WebGIS, đặc biệt là các nền tảng mở Các nền tảng WebGIS mở đã được ứng dụng trong quản lý, phân tích, đánh giá các thông tin dữ liệu không gian dựa trên các mô hình phân tán (internet, mạng doanh nghiệp…) phục vụ trong nhiều lĩnh vực khác nhau của xã hội, trong đó có việc quản lý về tài nguyên khoáng sản Năm 2010, Sakhare [62] đã nghiên cứu khả năng của Erdas Apollo 2010 trong việc quản lý tài nguyên thiên nhiên dựa trên mô hình WebGIS Erdas Apollo 2010

có khả năng xử lý số lượng lớn raster cũng như CSDL vector; giao diện lập trình

ứng dụng được tạo bằng cách sử dụng Java Server Pages Nghiên cứu này cũng đề cập đến việc tạo ra CSDL địa lý TNKS kim loại, rừng, tài nguyên nước, tài nguyên đất Sakhare đã sử dụng QGIS để xây dựng CSDL không gian và phi không gian về nhiều nguồn TNKS khác nhau Sau đó, Erdas Apollo

2010 được tích hợp để xây dựng hệ thống WebGIS Tuy nhiên, việc sử dụng nền tảng Erdas Apollo 2010 để xây dựng hệ thống WebGIS có nhiều hạn chế rất nhiều so với các máy chủ bản đồ khác như khả năng xử lý nhanh các dịch

vụ bản đồ mạng, khả năng phân tích không gian…

Hình 1.7 giải pháp kỹ thuật của hệ thống xây dựng và quản lý tài nguyên thiên nhiên dựa trên mô hình phân tán của Sakhare.

Năm 2011, Finnian O [34] đã phác thảo về ứng dụng các nền tảng GIS mở trong phân tích, xử lý dữ liệu địa chất khoáng sản Tiền đề của xử lý địa chất là xác định vị trí các mục tiêu thăm dò khoáng sản có tiềm năng dựa trên các tham số do người dùng lựa chọn Các thành phần được tích hợp trong hệ thống bao gồm CSDL không gian PostGIS, công cụ xử lý QGIS/GRASS, máy chủ bản đồ GeoServer, máy chủ Web Apache và các công nghệ front-end như OpenLayers, GeoExt Các nguồn dữ liệu gốc được lấy từ Cơ quan Khảo sát Địa chất Ireland để sử dụng cho quá trình xử lý Hệ thống như vậy sẽ cung cấp quá trình xử lý raster thời gian thực thông qua giao diện dựa trên web Tuy nhiên, hệ thống này còn tồn tại một số hạn chế như:

- Chưa tích hợp các nguồn dữ liệu ảnh viễn thám, cũng như các kỹ thuật chiết tách thông tin nhằm xây dựng các lớp dữ liệu tiềm năng về TNKS.

- Chuẩn biểu diễn dữ liệu bản đồ mạng WMS mà hệ thống sử dụng có tốc độ

xử lý chậm hơn so với các kỹ thuật tạo ảnh bản đồ dạng tile như TMS, WMTS.

Hình 1.8 Giải pháp kỹ thuật về hệ thống xử lý, phân tích TNKS dựa trên

mô hình WebGIS mở của Finnian OConnor Năm 2012, Miao L [50] đã xây dựng hệ thống WebGIS dựa trên các nền tảng mở nhằm quản lý các thông tin dữ liệu từ máy bay và dữ liệu ảnh vệ tinh (Ice, Cloud and Land Elevation Satellite - ICESat, ICESat-2 của NASA).

Hệ thống này có khả năng biểu diễn nhanh nguồn dữ liệu ảnh vệ tinh, đồng thời cho phép người dùng nhanh chóng tìm đến khu vực cần quan tâm và xem thông tin về các chuyến bay Hệ thống gồm ba lớp chính:

- Lớp dữ liệu: bao gồm dữ liệu ảnh vệ tinh và dữ liệu đường bay.

dữ liệu đường bay và dịch vụ WMS nhằm cung cấp các ảnh bản đồ nền.

- Lớp giao diện: ứng dụng web sử dụng Openlayers để xử lý các lớp đường bay trên nền bản đồ cơ sở.

Tuy nhiên, nhược điểm của nghiên cứu này là sử dụng chuẩn WMS để biểu diễn các lớp ảnh bản đồ nền Chuẩn này có tốc độ xử lý chậm hơn so với các chuẩn biểu diễn bản đồ mạng dạng tile như TMS, WMTS.

Hình 1.9 Giải pháp kỹ thuật của Miao Liu về hệ thống quản

lý CSDL thông tin đường bay và ảnh viễn thám Năm 2012, George T [36] đã xây dựng CSDL không gian TNKS Dữ liệu nguồn được lấy từ các bản đồ khoáng sản gốc tỷ lệ 1:500000 và dữ liệu thuộc tính của các điểm mỏ khoáng sản CSDL tài nguyên khoáng sản được liên kết với các loại dữ liệu khác như dữ liệu địa hình, địa chất, hành chính, môi trường… Các lớp dữ liệu không gian được chia thành:

- Nhóm dữ liệu địa chất với các lớp thạch học, ranh giới địa chất và các điểm mỏ khoáng sản.

- Nhóm dữ liệu bản đồ nền với các lớp cho ranh giới, sông, hồ, biển, hành chính và đỉnh núi.

Trong khi đó, dữ liệu thuộc tính bao gồm các lớp thông tin:

- định danh (số, tên, quận).

- dữ liệu địa lý (tọa độ địa lý, phân loại địa mạo).

- dữ liệu địa chất (nguồn gốc, hình thái, sự thay đổi, tuổi khoáng hóa, đặc điểm khoáng vật).

- dữ liệu kinh tế (quy mô, giai đoạn, các yếu tố liên quan, lịch sử sản xuất, tiềm năng - trữ lượng và tài nguyên).

- dữ liệu mô tả (địa chất và kinh tế).

Dữ liệu không gian được xây dựng, biên tập trên phần mềm ArcGIS và lưu dưới dạng geodatabase còn dữ liệu thuộc tính được lưu trong CSDL Access Ứng dụng quản lý được viết bằng ngôn ngữ Visual Basic Với giải pháp kỹ thuật như vậy, nghiên cứu này còn tồn tại một số hạn chế như:

thông tin không gian từ việc phân tích, xử lý các nguồn dữ liệu viễn thám.

- Đối với việc xây dựng hệ thống, lựa chọn cơ sở dữ liệu Access đề lưu thông tin thuộc tính và geodatabase sẽ không đồng bộ trong môi trường phân tán hay WebGIS vì sự hạn chế của CSDL access.

- Hệ thống cũng chưa đề cập cụ thể các chức năng hay giải pháp hoàn chỉnh cho sự quản lý các nguồn dữ liệu TNKS.

Hình 1.10 Giải pháp kỹ thuật của George Tudor về việc xây dựng và quản lý CSDL tài nguyên khoáng sản dựa trên

WebGIS.

Năm 2012, Bo J [28] đã xây dựng hệ thống quản lý dữ liệu thăm dò khoáng sản dựa trên CSDL không gian và thuộc tính Nguồn dữ liệu thăm dò khoáng sản khá đa

dạng bao gồm dữ liệu dạng số, văn bản, biểu đồ, dữ liệu mô tả và các mối liên hệ giữa các cơ quan hành chính Nguồn dữ liệu không gian chủ yếu từ bản đồ, ảnh viễn thám, dữ liệu điều tra thực địa, dữ liệu đa phương tiện và dữ liệu trong hệ thống hiện có Về cơ bản dữ liệu không gian gồm ba loại: dữ liệu vectơ, dữ liệu raster và DEM.

Hình 1.11 Mô hình CSDL không gian khoáng sản của Bo J.Nghiên cứu này đã chỉ ra rằng GIS là công cụ phù hợp nhất để biểu diễn các lớp thông tin không gian về dữ liệu thăm dò khoáng sản Vì vậy, thăm dò khoáng sản dựa trên GIS là hướng đi chính cho tương lai Trong nghiên cứu, Bo J cũng chỉ ra nhiều công ty khai thác nước ngoài đã sử dụng GIS để quản lý thông tin, chẳng hạn như Hoa Kỳ và Úc Nhiều công ty mỏ đã hợp tác với các trường đại học hay viện nghiên cứu nhằm xây dựng các hệ thống quản lý CSDL tài nguyên khoáng sản Các hệ thống này giúp phát huy hiệu quả khả năng thu nhận thông tin và quản lý của doanh nghiệp, đồng thời cung cấp các tư liệu hỗ trợ cho công tác lập kế hoạch ngắn hạn hay dài hạn Bo J cho rằng thăm dò khoáng sản đang là một vấn đề cấp thiết và hiện nay việc quản lý các nguồn dữ liệu này còn nhiều hạn chế; bởi vậy việc sử

dụng GIS làm nền tảng cơ bản để xây dựng hệ thống quản lý CSDL không gian TNKS có thể giúp tiết kiệm thời gian, tài chính, nhân lực và rút ngắn thời gian thăm dò Tuy nhiên, nhược điểm chính của hệ thống này là xây dựng dạng ứng dụng máy bàn; bởi vậy không tận dụng được sức mạnh của hệ thống thông tin không gian phân tán.

Hình 1.12 Mô hình ứng dụng để bàn trong quản lý CSDL

không gian tài nguyên khoáng sản của Bo J.

Năm 2013, Joel B [40] đã giới thiệu hệ thống thông tin khoáng sản ASEAN Hệ thống được phát triển dựa trên các chuẩn của OGC và FOSS Hệ thống này bao gồm 3 mô đun là CSDL, dịch vụ web và cổng thông tin Web.

Hình 1.13 Giải pháp kỹ thuật của Joel B về quản lý CSDL không gian tài nguyên

khoáng sản dựa trên WebGIS.

Mô đun CSDL được xây dựng dựa trên PostGIS PostGIS hỗ trợ các chức năng