Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình phục vụ công tác thiết kế tuyến kênh yên thái, huyện đan phượng, thành phố hà nội

LÊ HƯƠNG GIANG XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA HÌNH PHỤC VỤ CÔNG TÁC THIẾT KẾ TUYẾN KÊNH YÊN THÁI, HUYỆN ĐAN PHƯỢNG, THÀNH PHỐ HÀ NỘI Ngành : Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý Mã số

LÊ HƯƠNG GIANG

XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA HÌNH PHỤC VỤ CÔNG TÁC THIẾT KẾ TUYẾN KÊNH YÊN THÁI, HUYỆN ĐAN PHƯỢNG, THÀNH PHỐ HÀ NỘI

Ngành : Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý

Mã số : 60440214

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS TRẦN ĐÌNH TRỌNG

HÀ NỘI – 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất

kỳ một công trình nào khác

Tác giả luận văn

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC HÌNH VẼ 6

MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ VÀ PHẦN MỀM ARCGIS 10

1.1 Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý (GIS) 10

1.1.1 Định nghĩa hệ thống thông tin địa lý GIS 10

1.1.2 Chức năng của hệ thống thông tin địa lý GIS 11

1.1.3 Khả năng ứng dụng của GIS 11

1.2 Sự hình thành và phát triển của GIS 12

1.3 Các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin địa lý 13

1.4 Các chức năng cơ bản của phần mềm hệ thống thông tin địa lý 15

1.5 Tình hình ứng dụng GIS trên thế giới và Việt Nam 18

1.5.1 Ứng dụng GIS trên thế giới 18

1.5.2 Tình hình ứng dụng GIS tại Việt Nam 18

1.6 Giới thiệu phần mềm ArcGIS 19

1.6.1 ArcMap 21

1.6.2 ArcCatalog 23

1.6.3 ArcToolbox 25

1.7 Khái niệm cơ sở dữ liệu (CSDL) …25

1.8 Xây dựng CSDL trong phần mềm ArcGIS …27

1.8.1.Cấu trúc CSDL địa lý (Geodatabase)trong ArcGIS 27

1.8.2 Nhập dữ liệu từ các nguồn khác nhau vào ArcGIS 30

CHƯƠNG 2: CÔNG TÁC KHẢO SÁT, THIẾT KẾ TUYẾN VÀ ỨNG DỤNG CỦA GIS TRONG CÔNG TÁC THIẾT KẾ TUYẾN 31

2.1 Đặc trưng của công trình dạng tuyến 31

2.2 Yêu cầu nội dung khảo sát địa hình công trình thuỷ lợi 32

2.3 Đặc điểm lưới khống chế cho các tuyến kênh mương 35

2.4 Các tài liệu cần thiết phục vụ khảo sát thiết kế các tuyến kênh mương 35

2.5 Công tác trắc địa trong thời kỳ khảo sát thiết kế thi công 36

2.6 Công tác đo vẽ mặt cắt địa hình 36

2.6.1 Mặt cắt dọc 36

2.6.2 Mặt cắt ngang 37

2.7 Ứng dụng của GIS trong thiết kế tuyến 39

2.7.1 Quy trình thiết kế tuyến trên phần mềm ArcGIS 39

2.7.2 Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình phục vụ thiết kế tuyến kênh 39

2.7.3.Ứng dụng của mô hình số độ cao trong thiết kế tuyến kênh 45

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA HÌNH PHỤC VỤ THIẾT KẾ TUYẾN KÊNH YÊN THÁI, HUYỆN ĐAN PHƯỢNG THÀNH PHỐ HÀ NỘI 50

3.1 Mục đích và yêu cầu thực nghiệm 50

3.1.1 Mục đích 50

3.1.2 Yêu cầu 50

3.2 Điều kiện, tự nhiên, kinh tế khu vực thực nghiệm 51

3.3 Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình huyện Đan Phượng 52

3.3.1 Đánh giá nguồn dữ liệu đầu vào 52

3.3.2 Thiết kế Geodatabase 53

3.3.3 Chuẩn hóa dữ liệu gốc 55

3.3.4 Chuyển dữ liệu từ phần mềm Autocad để tạo các feature class 57

3.3.5 Kết quả xây dựng CSDL DanPhuong_DiaHinh 72

3.3.6 Ứng dụng cơ sở dữ liệu địa hình vẽ mặt cắt dọc, cắt ngang 73

3.3.7 Đánh giá kết quả thực nghiệm 77

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Quan hệ tỉ lệ bình đồ và các yêu tố ……….……33 Bảng 2.2 Quan hệ giữa tỉ lệ cắt dọc và các yếu tố……….…34

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Các thành phần của GIS 14

Hình 1.2 Sơ đồ tổ chức của hệ thống GIS 15

Hình 1.3 Các sản phẩm phần mềm chính của ESRI 20

Hình 1.4 Giao diện ArcMap 22

Hình 1.5 Giao diện ArcCatalog 24

Hình 1.6 Giao diện ArcToolbox 25

Hình 1.7 Cấu trúc cơ sở dữ liệu của Geodatabase 29

Hình 2.1 Công tác đo mặt cắt dọc 37

Hình 2.2 Các vị trí mặt cắt ngang theo tim tuyến………… ……….…38

Hình 2.3 Quy trình thiết kế tuyến trên phần mềm ArcGIS……… ….39

Hình 3.1 Tạo mới hệ thống tọa độ 54

Hình 3.2 Cấu trúc CSDL DanPhuong_DiaHinh……….………55

Hình 3.3 Dữ liệu gốc lưu trữ trên phần mềm AutoCad 56

Hình 3.4 Tạo file CS_DiemKhongChe bằng ArcCatalog……… …………58

Hình 3.5 Kết quả file CS_DiemKhongChe được vẽ và nhập thuộc tính bên ArcMap 59

Hình 3.6 Kết quả file RG_vung được vẽ và nhập thuộc tính bên ArcMap 60

Hình 3.7 Chuyển dữ liệu điểm độc cao từ phần mềm Autocad vào phần mềm ArcGis 61

Hình 3.8 Tạo trường DoCao cho file DH_DiemDoCao 62

Hình 3.9 Kết quả file DH_DiemDoCao sau khi chuyển và nhập thuộc tính 62 Hình 3.10 Chuyển feature class DH_DiemDoCao2d sang file DH_DiemDoCao 63 Hình 3.11 Tạo mô hình số độ cao dưới dạng lưới tam giác bất quy tắc TIN 64

Hình 3.12 Kết quả chạy ra mô hình số độ cao dưới dạng lưới tam giác bất quy tắc TIN 64Hình 3.13: Kết quả các feature class GT_Duong, GT_vung, GT_cau thuộc nhóm lớp giao thông 66Hình 3.14 Kết quả tạo feature class TH_Duong, TH_Vung thuộc nhóm thuỷ

hệ 67Hình 3.15: Kết quả tạo feature class DC_KTVHXH thuộc nhóm dân cư 68Hình 3.16 Kết quả tạo feature class TV_Vung thuộc nhóm thực vật 69Hình 3.17 Tính trường thuộc tính DoCao của feature class TKTK_CocDo 70Hình 3.18 Kết quả feature class TKTK_TimTuyenKenh , TKTK_CocDo, TKTK_MatCatNgang của nhóm tuyến kênh thiết kế 72Hình 3.19 Kết quả CSDL DanPhuong_DiaHinh 72Hình 3.20 Kết quả tạo mặt cắt dọc của tuyến kênh Yên Thái 73Hình 3.21 Kết quả của mặt cắt dọc tuyến kênh Yên Thái được lưu trữ và trình bày bằng phần mềm Excel 74Hình 3.22 Mặt cắt ngang tại cọc đo C1 74Hình 3.23 Kết quả mặt cắt ngang tại cọc C1 được lưu trữ và trình bày trong phần mềm Excel . 75Hình 3.24 So sánh kết quả độ cao của các cọc đo giữa kết quả đo thực tế và

ứng dụng cơ sở dữ liệu địa hình trên phần mềm ArcGIS……… 76

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết đề tài

Hiện nay với sự phát triển của công nghệ thông tin đặc biệt là việc ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong quản lý, phân tích và xử lý các dữ liệu địa lý được áp dụng rộng rãi để giải quyết các bài toán chuyên ngành liên quan đến bề mặt lãnh thổ Việc xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình là một công

cụ đắc lực phục vụ công tác quản lý điều hành quy hoạch phát triển kinh tế xã hội và an ninh quốc phòng Cơ sở dữ liệu địa hình giúp người dùng có thể truy cập được nhiều thông thuộc tính, trình bày hiển thị và chiết xuất theo phạm vi địa giới hành chính đến cấp xã, trong đó người dùng có thể lựa chọn theo từng đối tượng, chủ đề hoặc nhiều đối tượng trên phạm vi mà mình quan tâm cùng một lúc mà trên bản đồ giấy trước đây không có Đồng thời cơ sở

dữ liệu địa hình còn được sử dụng làm dữ liệu nền phục vụ các chuyên ngành, lĩnh vực như giao thông, thuỷ lợi, nông nghiệp, môi trường,… có thể sử dụng làm cơ sở để xây dựng cơ sở dữ liệu riêng phục vụ cho chuyên ngành

Xuất phát từ những vấn đề trên, cùng với mong muốn nghiên cứu các chức năng, ứng dụng của cơ sở dữ liệu địa hình và phần mềm ArcGIS trong

việc lựa chọn, thiết kế tuyến tôi đã chọn đề tài "Xây dựng cơ sở dữ liệu địa

hình phục vụ công tác thiết kế tuyến kênh Yên Thái, huyện Đan Phượng, thành phố Hà Nội"

2 Mục đích của đề tài

Xây dựng được cơ sở dữ liệu địa hình từ đó đưa ra các phương án thiết kế tuyến thành lập mặt cắt dọc, mặt cắt ngang

3 Nội dung nghiên cứu của đề tài

Xây dựng quy trình thành lập cơ sở dữ liệu địa hình từ các nguồn dữ liệu khác bằng phần mềm ArcGis

Ứng dụng cơ sở dữ liệu địa hình để đưa ra phương án thiết kế tuyến kênh

Trên cơ sở đó để thành lập mặt cắt dọc, mặt cắt ngang

4 Phương pháp nghiên cứu đề tài

- Phương pháp nghiên cứu phân tích, tổng hợp tài liệu:

+ Nghiên cứu thực trạng tình hình dữ liệu bản đồ địa hình

+ Nghiên cứu các ứng dụng xây dựng và quản lý CSDL của phần mềm ArcGIS

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài

Ý nghĩa khoa học: góp phần khẳng định khả năng ứng dụng cơ sở dữ liệu

địa hình trong lĩnh vực khảo sát, thiết kế công trình và mở ra hướng nghiên

cứu tiếp theo như: quản lý, quy hoạch, lập dự án thiết kế tuyến trong phạm vi một lãnh thổ

Ý nghĩa thực tế: Đề tài làm đa dạng thêm các phương pháp thiết kế tuyến

đặc biệt giúp cho việc thiết kế tuyến từ cơ sở dữ liệu địa hình một cách nhanh

chóng, ít tốn kém mà vẫn đảm bảo yêu cầu độ chính xác

6 Bố cục của luận văn

Luận văn gồm phần mở đầu, ba chương, phần kết luận và kiến nghị được trình bày trong 80 trang với 2 bảng và 34 hình vẽ

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA

LÝ VÀ PHẦN MỀM ARCGIS 1.1 Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý (GIS)

1.1.1 Định nghĩa hệ thống thông tin địa lý GIS

Theo ESRI (Environmental System Reseach Institute): Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System-GIS) được định nghĩa “là một hệ thống bao gồm phần cứng, phần mềm, dữ liệu và con người nhằm thu thập, lưu trữ, cập nhật, xử lý, phân tích và hiển thị các thông tin địa lý trên bề mặt Trái đất”

GIS là một thuật ngữ tương đối mới, xuất hiện lần đầu tiên trong các ấn phẩm xuất bản vào những năm 1960 Mặc dù thuật ngữ còn mới, nhưng nhiều khái niệm của nó đã có một truyền thống lâu dài trong khoa học trắc địa Ví

dụ khái niệm về bản đồ các lớp (map overlay), một khái niệm rất quan trọng

trong GIS hiện đại, đã được một người Pháp tên là Louis Alexandre Berthier

sử dụng cách đây 200 năm Ông là người đã biên tập và phân lớp một loạt bản

đồ để phân tích sự di chuyển của các đội quân trong cuộc cách mạng Mỹ Một

ví dụ nữa, minh hoạ cho ý nghĩa của khái niệm lớp được tiến sĩ John Snow

thực hiện năm 1854 ông đã phân lớp bản đồ London, để chỉ ra khu vực xẩy ra

tử vong do bệnh dịch tả với bản đồ vị trí giếng nước ở thành phố này, từ đó thể hiện mối quan hệ giữa hai tập số liệu này Những ví dụ này đã chỉ ra những nguyên lý cơ bản, ngày nay vẫn là nền tảng của GIS hiện đại, tức là

đưa ra quyết định dựa trên sự phân tích đồng thời các loại số liệu khác nhau

phân bố trên cùng một hệ quy chiếu địa lý Khả năng và tiện ích của GIS hiện

đại phụ thuộc chủ yếu vào khả năng tốc độ xử lý của máy tính Trong những

năm cuối của thế kỷ 20, nhiều vấn đề bức xúc đã đặt ra với nhiều quốc gia và các khu vực trên thế giới Đó là vấn đề cạn kiệt tài nguyên, ô nhiễm môi trường, bùng nổ dân số, thiên tai, dịch bệnh… Nỗ lực kiểm soát và giải quyết

các vấn đề này đòi hỏi cần có sự thu thập, tổng hợp và xử lý các thông tin đầy

đủ, chính xác và nhanh chóng Công nghệ GIS hiện đại ra đời và phát triển

mạnh mẽ trong hầu hết các ngành kinh tế quốc dân, một phần chính là từ lý

do đó

1.1.2 Chức năng của hệ thống thông tin địa lý GIS

Một hệ GIS bao gồm các chức năng:

- Nhập dữ liệu: là việc thu thập dữ liệu thực hoặc từ những văn bản hoặc bản đồ sẵn có để đưa vào hệ thống phần mềm GIS Nhập dữ liệu là một quá trình đọc dữ liệu dưới khuôn dạng mà hệ phần mềm có thể xử lý được

- Xử lý dữ liệu sơ bộ: bao gồm các công việc chính sau:

+ Tạo Topology cho các dữ liệu vector

+ Phân loại các đối tượng cho các loại ảnh viễn thám

+ Chuyển đổi dữ liệu từ raster sang vector và ngược lại

+ Nội suy mô hình số địa hình

+ Chuyển đổi hệ quy chiếu

- Lưu trữ và biên tập dữ liệu:

+ Chức năng của lưu trữ dữ liệu liên quan đến việc tạo ra cơ sở dữ liệu không gian

+ Biên tập dữ liệu để chỉnh sửa, kiểm tra dữ liệu

- Tìm kiếm và phân tích không gian

- Hiển thị và tương tác: Sau khi đã xử lý dữ liệu, phân tích dữ liệu và lưu trữ chúng trong một thiết bị lưu trữ dữ liệu như ổ cứng, đĩa CD ROM, hoặc DVD ROM chúng ta có thể hiển thị các thành quả của GIS lên màn hình hoặc

đưa chúng ra máy in bằng những hệ thống phần mềm của GIS

1.1.3 Khả năng ứng dụng của GIS

- GIS có khả năng quản lý, lưu trữ, tìm kiếm dữ liệu trắc địa bản đồ với

sự trợ giúp của máy tính Đặc biệt là chúng ta có khả năng biến đổi dữ liệu mà

phương pháp thô sơ không thể thực hiện được

- GIS có khả năng chuẩn hoá dữ liệu để có thể đưa vào các hệ thống xử

lý khác nhau do đó phát triển khả năng khai thác dữ liệu

- GIS có khả năng biến đổi dữ liệu để đáp ứng được những bài toán cụ thể cần được giải quyết

- GIS có thể cung cấp những thông tin mới nhất và chính xác nhất Những thông tin này là những thông tin đã được thu thập từ các dạng thông tin mới nhất để cung cấp cho người sử dụng

- GIS cho sự biến dạng thông tin là ít nhất

1.2 Sự hình thành và phát triển của GIS

Những năm 1960, với sự có mặt và phát triển của máy tính thì việc phân tích không gian làm bản đồ chuyên đề đã mở ra khả năng rất lớn đối với các nhà khoa học về trái đất Các nhà khoa học Canada đã cho ra đời hệ thống thông tin địa lý Tuy nhiên sự phát triển của hệ thống thông tin

địa lý phụ thuộc rất nhiều vào hệ thống phần cứng của máy tính mà các máy

tính những năm đó chưa đủ mạnh Ban đầu hệ thống thông tin địa lý chủ yếu dùng để phục vụ cho công tác quản lý thông tin đất đai, sau đó là áp dụng trong lĩnh vực quản lý đô thị

Những năm cuối của thế kỷ XX đánh dấu sự phát triển và lớn mạnh không ngừng của hệ thống thông tin địa lý với sự phát triển và thay đổi mạnh mẽ trong lĩnh vực phần cứng Việc tăng kích thước bộ nhớ và tốc độ tính toán đã mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi hệ thống thông tin địa lý vào lĩnh vực của nền kinh tế - xã hội Chính vì vậy hệ thống thông tin địa lý đã từng bước được thương mại hoá, xuất hiện nhiều công ty phát triển phần mềm và hệ thống khác nhau Sự phát triển này đã làm nảy sinh nhiều vấn đề như không tương thích về khuôn dạng dữ liệu, các phần mềm không liên kết dữ liệu được với nhau… Từ đó đã dẫn đến yêu cầu phải nghiên cứu

khả năng liên kết các phần mềm và các hệ thống khác nhau cũng như giữa các khuôn dạng dữ liệu khác nhau Với sự phát triển của hệ thống máy tính, hệ thống thông tin đầu tiên đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như giao thông, cấp thoát nước, quản lý và sử dụng thông tin đất đai, khảo sát thị trường… và ngày càng phục vụ đắc lực cho các ngành, các lĩnh vực khác nhau trong nền kinh tế quốc dân.Cùng với đó, sự phát triển của ngành khoa học vũ trụ đã đạt được rất nhiều thành tựu quan trọng, việc ứng dụng kỹ thuật viễn thám vào công tác thành lập bản đồ sẽ đem lại hiệu quả rất lớn cho công tác quản lý thông tin đất đai cũng như việc theo dõi các biến đổi của bề mặt địa hình, khí hậu và thời tiết… Tuy nhiên, các sản phẩm của ngành hàng không vũ trụ không phải là các bản đồ mà là các hình ảnh hay các số liệu trên băng từ Để những thông tin này có giá trị thì cần phải có các số liệu liên kết chúng với các yếu tố trên mặt đất Để giải quyết vấn đề này đã xuất hiện nhiều phần mềm khác nhau giúp cho việc ứng dụng kỹ thuật viễn thám càng trở nên hiệu quả hơn Từ đó hệ thống thông tin địa lý ngày càng thâm nhập vào mọi mặt của nền kinh kế – xã hội và phục vụ đắc lực cho cuộc sống của con người

1.3 Các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin địa lý

GIS là một hệ thống chặt chẽ được kết hợp bởi nhiều thành phần khác nhau, mỗi thành phần đều có một chức năng riêng biệt và không thể thiếu trong hệ thống Các thành phần này có quan hệ mật thiết, gắn bó, hỗ trợ với nhau thành một thể thống nhất đảm bảo cho hệ hoạt động một cách nhịp nhàng, đạt hiệu quả cao về mặt khoa học công nghệ và kinh tế Một hệ thống GIS hoàn chỉnh sẽ mang lại những chức năng cần thiết

và quan trọng cho người sử dụng Khi đó, việc khai thác và sử dụng những chức năng này sẽ đem lại hiệu quả công việc cao cho người dùng

Thông thường GIS gồm có 5 thành phần chính: Phần cứng, phần mềm, dữ

liệu, con người và quy trình thực hiện

Hình 1.1 Các thành phần của GIS

Dữ liệu: Phần dữ liệu GIS bao gồm dữ liệu không gian và phi không gian Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ thống GIS là dữ liệu Các dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể được người sử dụng tự tập hợp hoặc được mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại Hệ GIS

sẽ kết hợp dữ liệu không gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng DBMS để tổ chức lưu giữ và quản lý dữ liệu

- Dữ liệu không gian chứa các thông tin vị trí của đối tượng nằm trong hệ quy chiếu được chọn và cụ thể, nó phản ánh vị trí đối tượng đang tồn tại trên

bề mặt hoặc trong lòng của quả đất

- Dữ liệu thuộc tính là cơ sở dữ liệu phản ánh tính chất của các

đối tượng khác nhau và không nhất thiết phải mang tính địa lý như các thông

tin về chủ sử dụng đất, chất đất, loại đất…

Hình 1.2 Sơ đồ tổ chức của hệ thống GIS

1.4 Các chức năng cơ bản của phần mềm hệ thống thông tin địa lý

Các chức năng cơ bản của phần mềm hệ thống thông tin địa lý là nhập liệu, quản lý, lưu trữ, tiềm kiếm, thể hiện, trao đổi và xử lý các dữ liệu không gian cũng như dữ liệu thuộc tính

- Nhập số liệu và kiểm tra dữ liệu

Nhập dữ liệu tức là biến đổi các dữ liệu thu thập được dưới hình thức bản đồ, các trị đo ngoại nghiệp, ảnh hàng không, vệ tinh…và các văn bản, các bảng biểu thống kê…thành một dữ liệu dạng số

- Lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu

Việc lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu là tổ chức các dữ liệu về vị trí, các liên kết topo, các tính chất của các yếu tố địa lý (điểm, đường, vùng…), chúng được tổ chức và quản lý theo cấu trúc, khuôn dạng riêng tuỳ thuộc vào chức năng phần mềm nào đó của hệ thống thông tin địa lý

- Xuất dữ liệu và trình bày dữ liệu

Xuất dữ liệu và trình bày dữ liệu là những phương thức thể hiện kết quả cho người sử dụng Các dữ liệu có thể biểu thị dưới dạng bản đồ, bảng biểu, hình vẽ Việc trình bày và xuất dữ liệu được thông qua các thiết bị đầu ra như thiết bị hiện hình, máy in, máy vẽ hay các thông tin được ghi trên các phương tiện từ dưới dạng số hoá

- Xử lý và phân tích dữ liệu

Bao gồm hai loại hoạt động là:

+ Biến đổi cần thiết để khử các sai số (các sai sót từ các số liệu, sai sót trong khâu số hoá hay nhập dữ liệu thuộc tính, v.v ) hoặc đưa chúng vào số liệu mới hoặc so sánh chúng với các bộ số liệu khác

+ Xây dựng các phương pháp phân tích có thể áp dụng đối với dữ liệu trong trật tự thực hiện các câu trả lời với các câu hỏi đưa ra đối với hệ thống Các phép biến đổi có thể thực hiện đối với các dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính của các dữ liệu hoặc ở dạng riêng lẻ hoặc thành các tổ hợp Việc sử dụng tối ưu phương pháp biến đổi và sử dụng chúng trong điều kiện thuận lợi và đúng đắn thì đều theo cách biến đổi đơn giản có thể được phối hợp để thực hiện một thể loại nào đó của mô hình hoá địa lý mô hình không gian Việc kết nối dữ liệu cũng có thể coi như quá trình biến đổi dữ liệu

Kết nối dữ liệu là quá trình rất quan trọng bởi vì khi giải quyết một vấn đề nào đó trong hệ thống thì cần phải kết hợp nhiều loại thông tin khác nhau với nhiều dạng kết hợp chuẩn trong một môi trường hợp nhất để từ đó có được cách nhìn riêng biệt hay tổng thể Người thiết kế hệ thống làm việc với hệ

thống thông tin địa lý sẽ phải chờ đợi mọi kết quả có được từ các phép biến

đổi dữ liệu thông qua việc sử dụng và phân tích dữ liệu thật hiệu quả Quá

trình này dẫn đến việc người sử dụng sẽ muốn đặt một số lượng hầu như không hạn chế các câu hỏi phân tích và các câu hỏi này cần được trả lời bằng cách sử dụng các mô hình tổ hợp tìm kiếm dữ liệu và các cách lựa chọn phép biến đổi Các câu hỏi phân tích mà hệ thông tin địa lý có thể trả lời về thông thường được mô tả theo hai cách:

* Qua định nghĩa thông thường

* Qua khả năng thực hiện của các toán tử không gian và liên kết dữ liệu

Có một số dạng câu hỏi chính mà hệ thông tin địa lý thông dụng có thể trả lời được là:

- Có cái gì tại vị trí này?

- Mối quan hệ giữa các đối tượng như thế nào?

- Ở đâu thoả mãn những điều kiện này?

- Cái gì đã thay đổi và thay đổi như thế nào từ thời điểm này đến thời điểm khác?

- Những mẫu không gian nào tồn tại?

- Nó sẽ như thế nào nếu quá trình diễn ra ?

- Tương tác với người sử dụng

Đó là yếu tố thiết yếu cho sự thừa nhận và sử dụng bất cứ hệ thống thông

tin nào Trước đây, một số phần mềm đồ họa hoặc của hệ thống thông tin địa

lý được đặt trong môi trường điều hành DOS như AutoCad, Arc/Info, v.v nên giao diện giữa thao tác viên và hệ thống bị hạn chế, không linh hoạt Ngày nay, tất cả các phần mềm của hệ thống đều được đặt trong môi trường Windows với các thanh công cụ có đầy đủ các biểu tượng kích hoạt nên giao diện giữa thao tác viên và hệ thống rất linh hoạt, hiệu quả Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ tin học, khả năng giao diện giữa người và máy

càng ngày càng hoàn hảo

1.5 Tình hình ứng dụng GIS trên thế giới và Việt Nam

1.5.1 Ứng dụng GIS trên thế giới

Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, hiện nay việc ứng dụng

GIS đã trở nên đa dạng và phổ biến, đã đạt được rất nhiều thành tựu trong nhiều lĩnh vực khác nhau như quy hoạch đô thị, quy hoạch sử dụng đất, bảo vệ môi trường…

Đặc biệt là kết qủa nghiên cứu của cơ quan hàng không vũ trụ của Mỹ

(NASA), Nhật Bản (NASDA) đã ứng dụng thành công trong việc kết hợp giữa kỹ thuật viễn thám với GIS trong việc dự báo mang tính toàn cầu về khí hậu, sự thay đổi về cấu trúc sinh quyển, các hiện tượng cháy rừng…

Bên cạnh đó, một số nước phát triển như Australia, Canada, Thụy Điển đã phát triển và ứng dụng GIS để xây dựng một số hệ thống chuyên dụng khác như hệ thống thông tin đất đai LIS… để phục vụ cho công tác quản lý thông tin đất đai

1.5.2 Tình hình ứng dụng GIS tại Việt Nam

Hiện nay GIS đã từng bước được áp dụng và phổ biến ở Việt Nam, các trường đại học, các viện nghiên cứu đã tiến hành áp dụng GIS trong việc thực thi các kế hoạch và dự án của mình Tuy nhiên việc xây dựng và bảo trì các số liệu GIS ở các cơ quan, đơn vị chủ yếu phục vụ cho mục đích riêng của mình

Do vậy giữa các cơ quan, các hệ thống thu thập và biên tập số liệu là khác nhau, dẫn đến việc trao đổi liên kết dữ liệu gặp nhiều khó khăn phức tạp Trong khi đó việc phát triển hệ thống thông tin địa lý đòi hỏi phải mang tính chất liên ngành, liên quốc gia, do vậy vấn đề chuyển hoá dữ liệu là yêu cầu khách quan và cần phải giải quyết để có thể áp dụng rộng rãi vào các ngành, lĩnh vực kinh tế hiện nay

Việc nghiên cứu ứng dụng GIS đã được thực hiện ở các cơ quan:

- Cục bản đồ Bộ Tổng tham mưu, Bộ Quốc phòng

- Bộ Tài nguyên – môi trường

- Viện điều tra quy hoạch –Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn

- Cục viễn thám Quốc gia

- Trường Đại học Mỏ- Địa Chất

- Cục đo đạc bản đồ Việt Nam

Ứng dụng GIS trong đánh giá đất đai ở Việt Nam được thực hiện năm 1990

với sự trợ giúp của FAO trong dự án nhằm xây dựng “Bản đồ vùng sinh thái

Đồng bằng sông Hồng” tỷ lệ 1:25000, trong đó các yếu tố về đất, địa

hình, thuỷ văn, khí hậu, sử dụng đất được kết hợp và phân tích bằng kỹ thuật GIS Ngoài ra công nghệ GIS đã được nghiên cứu ứng dụng trong công tác quản lý, lưu trữ hồ sơ đất đai phục vụ cho công tác quản lý nguồn thông tin đất đai

1.6 Giới thiệu phần mềm ArcGIS

ArcGIS Desktop là một sản phẩm của Viện nghiên cứu hệ thống môi trường của Mỹ (ESRI) ArcGIS là một hệ thống thông tin địa lý (GIS) cho phép người sử dụng thực hiện những chức năng của GIS ở bất cứ nơi nào họ muốn: trên màn hình máy chủ, trên web, trên các filed… ArcGIS lưu trữ và quản lý dữ liệu địa lý ở nhiều khuôn dạng khác nhau Ba mô hình dữ liệu cơ bản mà ArcGIS sử dụng là vector, raster và TIN Ngoài ra chúng có thể nhập

dữ liệu bẳng vào GIS

Hình 1.3 Các sản phẩm phần mềm chính của ESRI

ArcGIS Desktop gồm có 3 phiên bản là: ArcView, ArcEditor, ArcInfo

- ArcView là một phần mềm được sử dụng phổ biến nhất trên thế giới bởi vì nó cung cấp cho người dùng một cách dễ dàng nhất để sử dụng thông tin địa lý ArcView có thể sử dụng rất nhiều định dạng dữ liệu khác nhau thậm chí có thể lấy dữ liệu từ Internet Đây là phần mềm hệ thống thông tin

địa lý với đầy đủ chức năng cho phép biểu diễn, quản lý, xây dựng và phân

tích dữ liệu địa lý ArcView có thể hiểu được bối cảnh địa lý của dữ liệu, cho phép thể hiện các mối quan hệ và nhận dạng các mô hình theo một cách mới Với công cụ mô hình hóa các thao tác xử lý dữ liệu, ArcView cho phép quản

lý và thay đổi dây chuyền xử lý số liệu một cách dễ dàng

- ArcEditor là phần mềm GIS chạy trên Desktop dùng để chỉnh sửa và quản lý dữ liệu địa lý ArcEditor là một phần mềm trong bộ những sản phẩm GIS, nó bao gồm các tính năng của ArcView và thêm vào đó là một số công

cụ chỉnh sửa biên tập ArcEditor hỗ trợ cho người biên tập cá nhân hoặc cho nhiều người cùng hợp tác biên tập

- ArcInfo là phần mềm GIS đầy đủ nhất ArcInfo bao gồm tất cả các chức năng của ArcView và ArcEditor, các tính năng cao cấp trong xử lý dữ liệu không gian và khả năng chuyển đổi dữ liệu Người dùng GIS chuyên nghiệp sử dụng ArcInfo để thực hiện toàn bộ các mảng công việc như: xây dựng dữ liệu, mô hình hóa, phân tích, hiển thị bản đồ trên màn hình máy tính

và xuất bản bản đồ ra các phương tiện khác nhau ArcInfo còn cung cấp tất cả các chức năng tạo và quản lý một hệ GIS thông minh Với chức năng này, người dùng có thể truy nhập dễ dàng thông qua giao diện đơn giản đã được

mô hình một cách tùy biến và mở rộng hoặc thông qua các scrip và ứng dụng khác

Dù làm việc trong môi trường nào thì người dùng cũng đều sử dụng bộ

ba ứng dựng trên ArcGIS Desktop là ArcCatalog, ArcMap và ArcToolbox để làm việc ArcCatalog là ứng dụng để quản lý dữ liệu không gian, quản lý thiết

kế cơ sở dữ liệu, tạo và xem metadata ArcMap được sử dụng trong mọi thao tác biên tập và thành lập bản đồ, cũng như để thực hiện các phép phân tích bản đồ ArcToolbox dùng để chuyển đổi các dạng dữ liệu và thực hiện các phép xử lý dữ liệu về địa lý

Kết hợp ba ứng dụng hợp tác trên người ta có thể thực hiện bất kỳ nhiệm

vụ GIS nào, từ đơn giản đến phức tạp, bao gồm thành lập bản đồ, quản lý dữ liệu, phân tích các mối quan hệ không gian, chỉnh sửa tính năng hình dạng và các thuộc tính

1.6.1 ArcMap

ArcMap là thành phần chính của bộ phần mềm ArcGIS của ESRI của chương trình xử lý không gian địa lý, và nó được sử dụng chủ yếu để xem, chỉnh sửa, tạo và phân tích dữ liệu không gian ArcMap cho phép người dùng

khám phá dữ liệu trong một tập hợp dữ liệu, tượng trưng cho các tính năng phù hợp, và tạo ra bản đồ ArcMap cung cấp cho người sử dụng các chức năng chính sau:

- Hiển thị trực quan : Thể hiện dữ liệu theo sự phân bố không gian giúp người dùng nhận biết được các quy luật phân bố của dữ liệu, của các mối quan

hệ không gian mà nếu sử dụng phương pháp truyền thống thì rất khó nhận biết

Hình 1.4 Giao diện ArcMap

- Tạo lập bản đồ : Nhằm giúp cho người sử dụng dễ dàng xây dựng các

bản đồ chuyên đề để truyền tải thông tin cần thiết một cách nhanh chóng và chuẩn xác ArcMap cung cấp hàng loạt các công cụ để người dùng đưa dữ liệu của họ lên bản đồ, thể hiện, trình bày chúng sao cho có hiệu quả và ấn

tượng nhất

- Trợ giúp ra quyết định : ArcMap cung cấp cho người dùng các công cụ để phân tích, xử lý dữ liệu không gian, giúp cho người dùng dễ dàng tìm được lời giải đáp cho các câu hỏi như là : Ở đâu ?, Có bao nhiêu ?, Các thông tin này sẽ giúp cho người dùng có những quyết định nhanh chóng, chính xác hơn về một vấn đề cụ thể xuất phát từ thực tế mà cần phải được giải quyết

- Trình bày : ArcMap cho phép người dùng trình bày, hiển thị kết quả công việc của họ một cách dễ dàng Người dùng có thể xây dựng những bản

đồ chất lượng và tạo các hiển thị tương tác để kết nối các báo cáo, đồ thị, biểu

đồ, bảng biểu, bản vẽ, tranh ảnh và những thành phần khác với dữ liệu của

người dùng Họ có thể tìm kiếm, truy vấn thông tin địa lý thông qua các công

cụ xử lý dữ liệu rất mạnh và chuyên nghiệp của ArcMap

- Khả năng tùy biến của chương trình : Môi trường tùy biến của ArcMap cho phép người dùng tự tạo các giao diện phù hợp với mục đích, đối tượng sử dụng, xây dựng những công cụ mới để thực hiện công việc của người dùng một cách tự động, hoặc tạo những chương trình ứng dụng độc lập thực thi trên nền tảng của ArcMap

Bản đồ là thành phần cơ bản trong ArcMap, người dùng có thể hiển thị các thông tin địa lý trên bản đồ theo nhiều Layer khác nhau Bản đồ tạo ra và lưu trong ArcMap sẽ tạo ra một tập tin trên ổ đĩa cứng với một phần mở rộng

*.mxd Khi một tập tin *.mxd được mở trong ArcMap, người sử dụng có thể hiển thị nhiều thông tin, miễn là nó tồn tại trong tập hợp dữ liệu Tại thời

điểm này người sử dụng có thể tạo ra một sản phẩm bản đồ hoàn toàn mới, sử

dụng tùy biến và ArcMap cung cấp các tính năng thiết kế để tạo ra một sản phẩm bản đồ thật sự độc đáo

Hình 1.5 Giao diện ArcCatalog

ArcCatalog tồn tại trong nhiều hình thức, bao gồm cả CSDL quan hệ, tác phẩm, ArcGIS tài liệu, và các dịch vụ web GIS từ xa ArcCatalog quản lý dữ liệu theo cây thư mục, chứa dữ liệu từ tất cả các nguồn trên máy tính cũng như trên mạng và các phần mềm cơ sở sữ liệu khác

ArcCatalog có thể được dùng như cửa sổ vào CSDL của bạn, bạn có thể duyệt, tìm, xem trước (dữ liệu hoặc các thuộc tính), tổ chức, phân phối, quản

lý dữ liệu GIS ArcCatalog giống như Microsoft Windows Explorer nhưng

được thiết kế để xem cơ sở dữ liệu địa lý, bản đồ và siêu dữ liệu ArcCatalog

có thể được bắt đầu từ một shortcut trên desktop, hoặc trong trình đơn chương trình cho phép người dùng truy cập tất cả các mục của nội dung

ArcCatalog có các chức năng chính sau:

- Kết nối tới các đường dẫn chứa dữ liệu

- Khảo sát dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính

- Tạo dữ liệu mô tả (Metadata)

- Quản lý điều hành ArcSDE Geodatabase

- Xác định, xuất và nhập các mô hình dữ liệu Geodatabase và Dataset… ArcCatalog còn hỗ trợ chức năng kéo thả và sao chép dữ liệu giữa các ArcCatog với ArcMap và ArcToolbox

1.6.3 ArcToolbox

ArcCatalog là nơi tập trung mà chúng ta có thể tìm thấy, quản lý và

thực hiện các công cụ xử lý dữ liệu

ArcToolbox chứa hàng trăm công cụ phục

vụ cho quá trình xử lý, phân tích và quản

lý dữ liệu như chuyển đổi định dạng dữ

liệu, tạo vùng đệm, chồng xếp các lớp,

xây dựng hệ tham chiếu, xóa các đối

tượng… Tất cả các công cụ chuyển đổi

được trình bày ở ArcMap và ArcCatalog

đều có thể thực hiện được ở ArcToolbox

Ngoài ra, ArcToolbox còn được tích

hợp với giao diện của ArcCatalog giúp

cho các thao tác với dữ liệu thuận tiện

1.7 Khái niệm cơ sở dữ liệu (CSDL)

Dữ liệu được lưu giữ trong máy tính theo quy định nào đó được gọi là cơ

sở dữ liệu (Database) CSDL là một tập hợp liên kết các dữ liệu, là hệ thống các thông tin có cấu trúc được lưu trữ trên các thiết bị lưu trữ thông tin thứ cấp (như băng từ, đĩa từ ) để có thể thỏa mãn yêu cầu khai thác thông tin

đồng thời của nhiều người sử dụng hay nhiều chương trình ứng dụng với

nhiều mục đích khác nhau Dữ liệu này được duy trì dưới dạng một tập hợp các tập tin trong hệ điều hành hay được lưu trữ trong các hệ quản trị cơ sở dữ liệu Như vậy, CSDL là tập hợp của một hoặc nhiều tệp (file) dữ liệu hoặc bảng dữ liệu (table), chúng được lưu trữ trong một tổ chức có cấu trúc, sao cho mối quan hệ vốn có giữa các khoản mục hoặc các bộ dữ liệu khác nhau có thể sử dụng được nhờ phần mềm hệ quản trị cơ sở dữ liệu cho các mục đích tính toán và khôi phục CSDL có thể là tập hợp các dữ liệu chỉ về một chuyên

đề nào đó

CSDL được phân thành nhiều loại khác nhau :

- Cơ sở dữ liệu dạng file : dữ liệu được lưu trữ dưới dạng các file có thể

là text, *.dbf

- Cơ sở dữ liệu quan hệ : dữ liệu được lưu trữ trong các bảng dữ liệu gọi

là thực thể, giữa các thực thể này có mối quan hệ với nhau gọi là các quan hệ, mỗi quan hệ có các thuộc tính, trong đó có một thuộc tính là khóa chính Các quan hệ quản trị bổ trợ cơ sở dữ liệu quan hệ như : MS SQL server, MySQL

- Cơ sở dữ liệu hướng đối tượng : dữ liệu cũng được lưu trữ trong các bản dữ liệu như các bảng có bổ sung thêm các tính năng hướng đối tượng như lưu trữ thêm các hành vi, nhằm thể hiện hành vi của đối tượng Mỗi bảng xem như một lớp dữ liệu, mỗi dòng dữ liệu trong bảng là một đối tượng Các hệ quản trị có hỗ trợ cơ sở dữ liệu như : MS SQL server, Oracle

- Cơ sở dữ liệu bán cấu trúc : dữ liệu được lưu dưới dạng XML, với định dạng này thông tin mô tả về đối tượng thể hiện trong các tag Đây là cơ sở dữ liệu có nhiều ưu điểm do lưu trữ được hầu hết các loại dữ liệu khác nhau nên

cơ sở dữ liệu bán cấu trúc là hướng mới trong nghiên cứu và ứng dụng

Cơ sở dữ liệu có một số ưu điểm sau :

- Giảm sự trùng lặp thông tin xuống mức thấp nhất Do đó đảm bảo thông tin có tính nhất quán và toàn vẹn dữ liệu

- Đảm bảo dữ liệu có thể được truy xuất theo nhiều cách khác nhau

- Nhiều người có thể sử dụng chung một cơ sở dữ liệu

1.8 Xây dựng CSDL trong phần mềm ArcGIS

1.8.1 Cấu trúc CSDL địa lý (Geodatabase) trong ArcGIS

Mỗi một bản đồ trong ứng dụng ArcMap được gọi là Map document, một bản đồ có thể có một hay nhiều nhóm các lớp (Data frames) Data frames là một nhóm các lớp (Data layer) cùng được hiển thị trong một hệ quy chiếu Các Data frames được hiển thị riêng biệt trong chế độ Data view và có thể hiển thị trong cùng một Layout view Đối với một bản đồ đơn giản chỉ có một Data frame và khi cần in thêm một số bản đồ phụ trên một mảnh bản đồ chính chúng ta mới cần sử dụng nhiều Data frame cùng một lúc Bản đồ được ghi trong file có đuôi là *.mxd

Ứng dụng ArcMap có chức năng cho phép thay đổi một cách nhanh chóng

hệ quy chiếu của các Layer Khi cần thêm một Layer nào đó vào một tờ bản

đồ ở khác hệ quy chiếu thì ArcMap sẽ tự động chuyển tạm thời Layer này về

cùng hệ quy chiếu với bản đồ để chúng cùng hiển thị với nhau Tuy nhiên, hệ quy chiếu của tập tin gốc chứa layer vừa thêm vào thì vẫn không thay đổi Layer là tổ hợp cấp cao của dữ liệu, một Layer file chứa các nội dung về:

- Đường dẫn tới dữ liệu (Shapefile, geodatabase…)

- Các tham số để hiển thị như màu sắc, lực nét ký hiệu

Các Layer có thể được tạo ra từ nhiều nguồn dữ liệu khác nhau như: Shape files, Personal Geodatabase, ArcInfo cover Datasets…

Dữ liệu lưu trữ trong ArcGIS ở ba dạng Shapfile, Converages, Geodatabase

- Shape file: Lưu trữ cả dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính của đối tượng Tùy thuộc vào các loại đối tượng không gian mà nó lưu trữ, Shape file

sẽ được hiển thị trong ArcCatalog bằng một trong ba hình thức: điểm, đường, vùng

Trong mỗi Shape file chứa 5 – 6 file có tên giống nhau nhưng khác đuôi Các file quan trọng nhất của Shape file là các file có đuôi:

* Shp - Chứa các đối tượng không gian

*.dbf – Bảng thuộc tính của đối tượng

*.shx – Chỉ số để liên kết đối tượng với bảng thuộc tính

*.prj – Xác định hệ quy chiếu của Shape file

- Coverages: Lưu trữ các dữ liệu không gian, thuộc tính và topology Các

dữ liệu không gian được hiển thị ở dạng điểm, đường, vùng và ghi chú

- Geodatabase: Là một cơ sở dữ liệu được chứa trong một file có đuôi là

*.mdb Khác với Shape file, Geodatabase cho phép lưu trữ topology của các

đối tượng

Trong một Geodatabase có một hay nhiều Feature Dataset

Feature là một đối tượng trên bản đồ có hình dạng và vị trí xác định, có các thuộc tính cùng với hành vi cụ thể

Feature Class (nhớm lớp đối tượng) là một tập hợp các feature có cùng kiểu tức là tập các point, polyline hay polygon Mỗi Feature Class tương

đương với một layer trong ArcMap Mỗi Feature Class chỉ chứa một đối

tượng duy nhất ( point – điểm, polyline – đường, polygon – vùng) Một Feature Class sẽ được gắn với một bảng thuộc tính (Attribute Table)

Feature Dataset (nhóm dữ liệu) là tập các Feature Class hay tập hợp các lớp trên cùng một hệ tọa độ Một Feature Dataset tương đương với một bản

đồ, nó có thể chứa một hay nhiều Feature Class

Hình 1.7 Cấu trúc cơ sở dữ liệu của Geodatabase

Các thành phần dữ liệu: trong Feature Dataset, mỗi point được lưu trữ dưới một tọa độ đơn tương ứng; line được lưu dưới dạng một chuỗi các điểm

có tọa độ x, y cho trước; polygon được lưu thành một tập các điểm có tọa độ

x, y xác định những đoạn thẳng và đóng kín

Mỗi bản đồ là một data frames, trong Arcmap Dataview luôn có ít nhất một data frames nhưng có thể có nhiều hơn Dataframe là một nhóm các lớp (Data layer) cùng được hiển thị trong một hệ quy chiếu, đơn vị đo, tỷ lệ Mỗi Data Frame có thể có một hệ quy chiếu riêng Các Dataframe được hiển thị riêng biệt trong chế độ Data View và có thể hiển thị trong cùng một Layout View Thông thường, một bản đồ đơn giản chỉ có một Dataframe và sử dụng nhiều Dataframe khi cần in thêm một số bản đồ phụ trên 1 mảnh bản đồ chính Khi đó trong trang Layout View, dataframe chính

sẽ cho phép làm việc với các đối tượng trên đó như khi làm việc trong DataView Người dùng có thể tạo, xoá, biên tập đối tượng đồ hoạ và text trên dataframe chính này

Mỗi một bản đồ trong Arcmap được gọi là Map document và được ghi lại như một file có khuôn dạng (*mdx) File này chứa đựng các thông số của

Feature Dataset Feature Dataset

Feature Class Feature Class Feature Class

Geodatabase

Feature Dataset

thông tin địa lý trong ArcMap như các layer của bản đồ, dataframe (vùng làm việc), và Layout (trang in)

ArcMap cung cấp 2 chế độ hiển thị: Data View và Layout View

- Data View hiển thị các nội dung chính của bản đồ tức là các đối tượng không gian

- Layout View: hiển thị bản đồ trong chế độ như chúng ta in ra giấy Ngoài các đối tượng bản đồ còn hiển thị các yếu tố trang trí bản

đồ như khung, lưới toạ độ, chú giải

1.8.2 Nhập dữ liệu từ các phần mềm khác nhau vào ArcGIS

Để chuyển định dạng của dữ liệu từ các phần mềm khác nhau ta có thể sử

dụng các chức năng của ArcToolbox để thực hiện

Như đã biết, ArcGIS tương thích với các định dạng sau:

- Các định dạng CAD: *.dwg, *.dxf của AutoCAD, định dạng *.dgn của Microstation;

- Định dạng *.mif của MapInfo;

- File Text chứa tọa độ X, Y của các đối tượng dạng điểm

Khi chuyển dữ liệu từ các file có định dạng khác nhau sang ArcGIS, cần chuyển lần lượt từng loại đối tượng vào riêng từng Shape file hay Feature Class

CHƯƠNG 2: CÔNG TÁC KHẢO SÁT, THIẾT KẾ TUYẾN VÀ ỨNG DỤNG CỦA GIS TRONG CÔNG TÁC THIẾT KẾ TUYẾN

2.1 Đặc trưng của công trình dạng tuyến

Các công trình giao thông, thuỷ lợi thường là các công trình dạng tuyến, nằm trải dài theo dáng của địa hình tự nhiên, độ dài công trình từ trăm mét tới nhiều kilômét, thậm chí tới cả 1000km Công trình có những đoạn đi qua các khu dân cư có mật độ xây dưng dầy đặc, có những đoạn đi qua vùng đồi núi

địa hình chia cắt mạnh…

Công trình giao thông, thuỷ lợi dạng tuyến, được xây dựng bám theo dáng

đất, theo địa hình tự nhiên Trong quá trình thiết kế, xây dựng các chỉ tiêu kỹ

thuật, chất lượng, hiệu quả kinh tế của các công trình được xác định phụ thuộc nhiều bởi yếu tố địa hình Một công trình có đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật, có hiệu quả kinh tế hay không, thì yếu tố địa hình đóng một vai trò rất quan trọng Nhiều công trình do số liệu khảo sát địa hình không đầy đủ, thiếu chính xác hoặc quá trình thiết kế chưa quan tâm đúng mức tới yếu tố địa hình dẫn tới công trình không đảm bảo các yêu cầu về kinh tế, kỹ thuật; thậm chí nhiều công trình không thể đưa vào khai thác sử dụng, dẫn tới việc đầu tư xây dựng kém hiệu quả

Các tham số kĩ thuật đặc trưng về tuyến công trình trong quá trình khảo sát thiết kế thường xác định dựa theo bình đồ, mặt cắt dọc và mặt cắt ngang tuyến Việc xác định vị trí đỉnh đường cong bằng, đường cong đứng; xác định các tham số đường cong bị phụ thuộc nhiều vào địa hình dọc tuyến khi thiết

kế tuyến dựa theo bình đồ tuyến và mặt cắt dọc tuyến Các đặc trưng của địa hình, địa vật thể hiện trên tài liệu khảo sát là cơ sở để xác định các tham số thiết kế tuyến Quá trình khảo sát, thiết kế lặp lại nhiều lần trên cùng một tuyến qua các giai đoạn, các bước thiết kế, từ lập phương án khả thi, thiết kế

kỹ thuật và cuối cùng là lập bản vẽ thi công

Khối lượng đào đắp của công trình thường được tính dựa trên mặt cắt ngang Mật độ mặt cắt ngang sử dụng trong các giai đoạn khác nhau từ

100m/cắt, 25m/cắt, đến 20m/cắt và mặt cắt ngang bổ sung ở các vị trí đặc trưng trên tuyến của công trình, như điểm đầu, điểm giữa, điểm cuối đường cong, hay các vị trí địa hình có thay đổi đột ngột Độ chính xác tính khối lượng đào đắp phụ thuộc vào độ chính xác, mật độ khảo sát đo vẽ mặt cắt và phụ thuộc vào đặc trưng của địa hình

Các tham số kĩ thuật đặc trưng về tuyến công trình trong quá trình khảo sát thiết kế thường xác định dựa theo bình đồ, mặt cắt dọc và mặt cắt ngang tuyến

2.2 Yêu cầu nội dung khảo sát địa hình công trình thuỷ lợi

Kênh mương là hệ thống công trình thuỷ lợi dạng tuyến đặc trưng Theo qui phạm hiện hành công tác khảo sát địa hình phục vụ thiết kế xây dựng công trình kênh mương phải thoả mãn các yêu cầu của qui phạm

Hệ thống kênh tưới theo qui mô công trình căn cứ theo diện tích tưới để phân cấp các công trình trên kênh Công trình trên kênh được phân thành 4 cấp Trong một hệ thống kênh tưới được phân cấp từ kênh chính, kênh nhánh cấp 1, kênh nhánh cấp 2 đến kênh nhánh cấp 3

Về phương án tuyến kênh tưới thường được chọn dựa trên yêu cầu kĩ thuật của công trình, điều này phụ thuộc rất lớn bởi đặc trưng địa hình và độ dốc của khu vực Về cơ bản phương án tuyến được chọn trước khi khảo sát

đo vẽ trực tiếp ngoài hiện trường

Bình đồ tuyến (băng kênh) được lập theo tỉ lệ phụ thuộc vào các yêu cầu

kĩ thuật như cấp công trình, diện tích tưới và độ dốc của địa hình, thể hiện trong bảng 2.1

0,5 1,0

γ o <4o

Bảng 2.1 Quan hệ tỉ lệ bình đồ và các yêu tố

Các yêu cầu ở bảng 2.1 cho thấy đối với công trình thuỷ lợi, để đảm cho nước chẩy, độ dốc địa hình quyết định độ chính xác và mức độ khái quát hoá trong đo độ cao và thể hiện địa hình Tỉ lệ của bình đồ được xác định trên cơ

sở độ rộng của băng và diện tích khu vực khảo sát Độ chính xác của bình đồ xác định theo tỉ lệ đo vẽ không được dùng làm cơ sở để xác định tỉ lệ bình đồ cần đo vẽ

Cắt dọc và cắt ngang đo ở các kênh chính, những kênh cấp 1 nếu tỉ lệ đo

vẽ bình đồ < 1:2000, những kênh nhánh có lưu lượng Q> 1m3/s, hệ thống

kênh cũ khi nâng cấp sửa chữa Nếu đo bình đồ 1:1000, 1:500 thì mặt cắt các kênh nhánh được lập từ bình đồ

Tỉ lệ mặt cắt dọc xác định theo độ dốc thiết kế của kênh, độ dài kênh độ dốc và mức độ phức tạp của địa hình, thể hiện trong bảng 2.2

1/15000 < i < 1/10 000

i < 1/15 000

γ o >6o

γ o >6o

γ o <6o

γ o <4o

γ o <2o

Bảng 2.2 Quan hệ giữa tỉ lệ cắt dọc và các yếu tố

Độ chính xác của mặt cắt phụ thuộc theo tỉ lệ đo vẽ Độ dốc đáy kênh

thiết kế, độ dốc địa hình và độ phức tạp của địa hình quyết định tỉ lệ mặt cắt là phù hợp Độ dài kênh càng lớn tỉ lệ mặt cắt cần đo vẽ càng nhỏ là căn cứ không dựa theo độ chính xác của mặt cắt

Tỉ lệ mặt cắt ngang từ 1: 200 đến 1: 50 việc xác định tỉ lệ mặt cắt ngang phụ thuộc độ phức tạp của địa hình, độ lồi lõm, đốc, xối, lở lòng, mái bờ kênh

cũ Tỉ lệ mặt cắt ngang được xác định trên tiêu chí độ rộng cắt ngang, độ rộng lớn thì tỉ lệ cắt ngang nhỏ cũng xác định không dựa trên tiêu chí độ chính xác Xác định tuyến, tim kênh và các công trình trên kênh được thực hiện sau khi thiết kế Tim tuyến gồm các điểm:

- Điểm đầu kênh Ko, điểm cuối kênh Kc

- Các điểm ngoặt Đi, các điểm chính của đường cong

Độ chính xác đọc số tọa độ và độ cao bố trí đến cm

2.3 Đặc điểm lưới khống chế cho các tuyến kênh mương

Lưới khống chế cho các tuyến kênh mương thành lập để thực hiện các công tác đo vẽ và bố trí kênh mương Vì các tuyến kênh mương phát triển theo một dải hẹp và tương đối dài, cho nên lưới khống chế mặt bằng tốt nhất

là các đường chuyền đa giác điện quang Phụ thuộc vào mật độ điểm của các lưới tam giác nhà nước trong khu vực xây dựng kênh mương mà các đường chuyền đa giác nói trên có thể là các đường đa giác hạng IV có chiều dài tới 30km hoặc các đường đa giác cấp1 có chiều dài đến 15km Từ các điểm của mạng lưới đa giác ngưới ta chuyển ra thực địa các điểm góc ngoặt thiết kế của tuyến kênh mương bằng cách đặt các đa giác thiết kế có độ chính xác cấp

đường chuyền kinh vĩ

Lưới khống chế độ cao phải có đủ độ chính xác và mật độ điểm để tiến hành các công tác đo vẽ, chuyển bản thiết kế kênh mương bao gồm độ dốc

đáy kênh, các mặt cắt ngang và thi công tuyến kênh mương Việc lựa chọn

cấp hạng của lưới độ cao phụ thuộc vào khoảng cách giữa các điểm thủy chuẩn gốc và độ dốc thiết kế đáy kênh; độ dốc của đáy kênh càng lớn thì độ chính xác của lưới khống chế độ cao càng thấp và ngược lại Đối với những kênh lớn có thể đặt dọc theo tuyến kênh tuyến thủy chuẩn cơ sở hạng III được tăng dày từ các điểm hạng I, II nhà nước Chêm dày bằng lưới thủy chuẩn hạng IV hoặc kỹ thuật

2.4 Các tài liệu cần thiết phục vụ khảo sát thiết kế các tuyến kênh mương

Để lập báo cáo kinh tế kỹ thuật cần phải có bản đồ địa hình tỷ lệ

1/100.000 trên toàn bộ khu vực khảo sát và bản đồ tỷ lệ 1/25.000 trên một dải rộng từ 2-3km để cụ thể hóa tuyến đã đánh dấu sơ bộ

Để thiết kế kỹ thuật các tuyến kênh mương cần phải có:

Các bình đồ địa hình tỷ lệ 1/10.000 đến 1/5.000 với khoảng cao đều

đường đồng mức 1-2m

Các bình đồ tỷ lệ 1/10.000 với khoảng cao đều 1m khu vực hồ chứa nước;

đường biên hồ chứa ở độ cao trên mực nước chuẩn 2-3m

Các bình đồ tỷ lệ 1/2.000 với khoảng cao đều 0,5-1,0m khu vực xây dựng công trình thoát nước

Bình đồ tỷ lệ 1/5.000 hay 1/2.000 với khoảng cao đều 1m khu vực khai thác vật liệu xây dựng

Các mặt cắt dọc và ngang các trục kênh và công trình thiết kế

2.5 Công tác trắc địa trong thời kỳ khảo sát thiết kế thi công

Xây dựng lưới khống chế mặt bằng, độ cao cho các tuyến kênh mương

Định tuyến trên mặt đất tuyến kênh mương đã chọn Đo vẽ mặt cắt dọc,

ngang và đánh dấu các điểm cơ bản, các công trình trên kênh

Đo vẽ bình đồ địa hình tỷ lệ 1/1.000 - 1/2.000 với khoảng cao đều

0,5-1,0m ở những vùng tuyến có địa hình phức tạp, vùng sẽ xây dựng trạm cấp nước, đập và âu thuyền trên kênh, chỗ giao nhau, khu vực xây dựng điểm dân

cư và cơ sở sản xuất

2.6 Công tác đo vẽ mặt cắt địa hình

Để phục vụ cho thiết kế, thi công các tuyến kênh mương ta phải tiến hành

đo vẽ mặt cắt địa hình Mặt cắt địa hình biểu diễn sự cao thấp của mặt đất tự

nhiên dọc theo tuyến kênh đó Mặt cắt gồm có 2 loại: mặt cắt dọc và mặt cắt ngang

2.6.1 Mặt cắt dọc

2.6.1.1 Lập mặt cắt dọc

Để đo mặt cắt dọc trên mặt đất ta cần chọn một đường tim, sau này dùng

để thiết kế tim công trình Đường tim là một hệ thống đường gãy khúc có

dạng như đường chuyền kinh vĩ nhưng những chỗ gẫy khúc được bố trí những

đoạn đường cong để phục vụ yêu cầu kỹ thuật

Chọn đường tim rất quan trọng, nó ảnh hưởng đến độ chính xác và sự dễ dàng trong việc đo đạc cũng như bố trí công trình sau này Bởi vậy khi lập

đường tim phải tiến hành khảo sát từng phần đặc biệt ở những nơi địa hình

phức tạp

Đường tim được lập như sau:

- Góc ngoặt đo bằng máy kinh vĩ

- Độ dài đo bằng thước thép

Trên đường tim cứ cách 100m lại đóng một cọc ký hiệu là C (C0,C1,C2,C

n-) cách 1000m đóng một cọc ký hiệu là cọc K

Dọc theo đường tim nơi địa hình thay đổi, đóng cọc phụ(cọc cộng) Phải

đo khoảng cách từ cọc phụ tới cọc chính cũng như khoảng cách từ đỉnh góc

ngoặt tới cọc chính

Khi bố trí cọc, cần có bản phác hoạ đường tim Trên bản phác hoạ ghi chú

đường giao thông, sông, suối, rừng hai bên đường tim

2.6.1.2 Đo độ cao

Hình 2.1 Công tác đo mặt cắt dọc

Sau khi lập xong đường tim, dùng máy thuỷ chuẩn và mia, đo cao các cọc tren đường tim phương pháp đo cao từ giữa Tuỳ theo yêu cầu có thể dùng độ cao nhà nước, có thể cho độ cao giả định của cọc đầu tiên trên đường tim, chỉ

rõ cách tiến hành đo thuỷ chuẩn theo phương pháp từ giữa trên đường tim

của đường tim Sau đó đo độ cao các cọc trên đường tim, tại mỗi trạm đặt máy đo cọc chính xong tiến hành đo luôn cọc phụ

Hình 2.2 Các vị trí mặt cắt ngang theo tim tuyến

Mặt cắt ngang cần chọn nơi mặt đất điển hình để biểu thị chung cho một

đoạn tim nào đó, bởi vậy một đường tim có thể có rất nhiều mặt cắt ngang

- Bề rộng mặt cắt ngang tuỳ theo yêu cầu mà đo vẽ Thường mỗi bên rộng 25m Theo hướng mặt cắt ngang, chọn nơi dáng đất thay đổi để đóng cọc

và đo khoảng cách giữa 2 cọc đó

2.6.2.2 Đo độ cao

Dùng phương pháp đo toả để đo và tìm độ cao các điểm trên mặt cắt ngang dựa vào các điểm cọc đã biết C0

2.7 Ứng dụng của GIS trong thiết kế tuyến

2.7.1 Quy trình thiết kế tuyến trên phần mềm ArcGIS

Hình 2.3 Quy trình thiết kế tuyến trên phần mềm ArcGIS

2.7.2 Xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ thiết kế tuyến kênh

2.7.2.1 Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ thiết kế tuyến kênh

Để xây dựng một Geodatabase thông thường cần thực hiện theo quy trình

sau:

Thu nhận dữ liệu địa hình

Chuẩn hoá dữ liệu địa hình

Xây dựng CSDL_DH

Xây dựng DEM

Thiết kế phương án tuyến

Vẽ mặt cắt dọc, ngang