ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Hoa Thúy Quỳnh
XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ
ĐẶC ĐIỂM HẢI VĂN KHU VỰC VỊNH BẮC BỘ
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2013
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Học viên thực hiện Hoa Thúy Quỳnh
MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU 1
1. Lý do chọn đề tài 1
2. Mục tiêu của đề tài 2
3. Nội dung nghiên cứu 2
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2
5. Phương pháp nghiên cứu 3
6. Tài liệu sử dụng 3
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3
8. Bố cục của luận văn 4
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ CHUẨN CƠ SỞ DỮ LIỆU 5
1.1. Hệ thông tin địa lý (GIS) 5
1.1.1 Khái niệm 5
1.1.2 Chức năng cơ bản của GIS 9
1.1.3 Cơ sở dữ liệu (CSDL) trong GIS 11
1.1.4 Các kiểu dữ liệu 12
1.1.5 Các kiểu đối tượng không gian 16

3.2.2.2 Dữ liệu nền 47
3.2.2.3 Dữ liệu về nhiệt độ nước biển, độ mặn nước biển, sóng biển và mực nước biển 50
3.3. Kết quả xây dựng cơ sở dữ liệu trong phần mềm Arcgis 51
3.3.1 Lớp thông tin nền 52
3.3.2 Lớp thông tin ranh giới 54
3.3.3 Lớp thông tin về nhiệt độ nước biển, độ mặn nước biển, sóng biển và mực nước biển 59
3.3.4 Thành lập bản đồ số về nhiệt độ nước biển, độ mặn nước biển, sóng biển và mực nước
biển khu vực thử nghiệm 59
KẾT LUẬN 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Các thành phần của GIS 6
Hình 1.2 Cấu trúc raster 13
Hình 1.3 Cấu trúc vector 14
Hình 1.4 Chuyển dữ liệu từ vector sang raster 15
Hình 1.5 Chuyển dữ liệu từ raster sang vector 15
Hình 1.6 Sự khác biệt giữa cấu trúc dữ liệu raster và vector trong việc thể hiện các
đối tượng không gian dạng đường 17
Hình 1.7 Minh hoạ đối tượng vùng ở dạng Raster và Vector 18
Hình 2.1 Cấu trúc của một GeoDatabase 29
Hình 3.1 Hệ thống CSDL xây dựng theo cấu trúc Personal Geodatabase 52
Hình 3.2 Tổ chức các lớp dữ liệu trong lớp thông tin nền 52
Hình 3.3 Thông tin đồ họa lớp thông tin giao thông 53
Hình 3.4 Thông tin thuộc tính lớp giao thông 53
Hình 3.5 Thông tin thuộc tính lớp thủy văn 54
Hình 3.6 Tổ chức các lớp dữ liệu trong lớp thông tin ranh giới 54
Hình 3.7 Ví dụ lớp thông tin ranh giới tỉnh khu vực nghiên cứu 55
Hình 3.8 Thông tin thuộc tính ranh giới tỉnh khu vực nghiên cứu 55
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Các cấu trúc của Geodatabase 30
Bảng 2.2 Lớp thông tin ranh giới 35
Bảng 2.3 Các lớp thông tin nền cơ bản 35
Bảng 2.4 Các lớp thông tin về đặc điểm hải văn 36
Bảng 3.1 Cấu trúc thông tin lớp ranh giới quốc gia 47
Bảng 3.2 Cấu trúc thông tin lớp ranh giới tỉnh 47
Bảng 3.3 Cấu trúc thông tin lớp đường bờ biển 48
Bảng 3.4 Cấu trúc thông tin lớp đường cơ sở 48
Bảng 3.5 Cấu trúc thông tin lớp thủy hệ 49
Bảng 3.6 Cấu trúc lớp thông tin giao thông 50
Bảng 3.7 Cấu trúc thông tin lớp nhiệt độ nước biển tầng mặt 50
Bảng 3.8. Cấu trúc thông tin lớp độ muối 50
Bảng 3.9 Cấu trúc thông tin lớp sóng biển 51
Bảng 3.10 Cấu trúc lớp thông tin mực nước biển 51
Bảng 3.11 Kết quả tính toán SST từ ảnh MODIS 65 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

ATNĐ

GIS
Geographical Information
Hệ thống thông tin địa lý 1

PHẦN MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Vịnh Bắc Bộ là một trong những vịnh lớn ở Đông Nam Á và thế giới, vịnh
có diện tích khoảng 126.250 km
2
(36.000 hải lý vuông), chiều ngang nơi rộng nhất
khoảng 310 km (176 hải lý), nơi hẹp nhất ở cửa vịnh rộng khoảng 220 km (119 hải
lý), là cửa ngõ giao lưu lớn và lâu đời của Việt Nam ra thế giới, trong đó có Trung
Quốc, nó có tầm quan trọng đặc biệt đối với sự phát triển, thương mại quốc tế cũng
như quốc phòng và bảo vệ an ninh, chủ quyền của nước ta. Vịnh là nơi chứa tài
nguyên thiên nhiên, đặc biệt là hải sản và dầu khí. Về hải sản, đại bộ phận các ngư
trường chính là nằm gần bờ biển Việt Nam và Tây Nam đảo Bạch Long Vĩ, Vịnh
Bắc Bộ là một trong những ngư trường và nguồn cung cấp hải sản quan trọng cho
hai nước Việt Nam và Trung Quốc. Khu vực giữa và cửa vịnh có bồn trũng sông
Hồng có khả năng chứa dầu khí.
Hoạt động điều tra, khảo sát và nghiên cứu biển ở vịnh Bắc Bộ đã được tiến
hành từ những năm 20 của thế kỷ XX. Ngay từ những năm 1922 tàu Nghiên cứu
biển De Lanessan và một số tàu của Hải quân Pháp đã tiến hành điều tra khảo sát
vịnh Bắc Bộ với các mặt cắt định kỳ để thu thập các yếu tố khí tượng, thủy văn, địa
chất, sinh vật nổi và sinh vật đáy của vịnh. Trải qua nhiều giai đoạn gắn liền với lịch
sử phát triển đất nước, công cuộc điều tra nghiên cứu biển ở vịnh Bắc Bộ liên tục
được thực hiện và phát triển với quy mô ngày càng được mở rộng, trình độ ngày

0
đến 22
0
độ vĩ Bắc và từ 105
0
đến 110
0
độ kinh Đông
Phạm vi thời gian
3

Các số liệu và khả năng công nghệ sử dụng trong luận văn được thu thập và
tổng hợp từ quá khứ đến thời điểm thực hiện luận văn năm 2013.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phương pháp tổng quan tài liệu: thu thập tài liệu, tìm hiểu và tổng hợp đánh
giá chung về tình hình nghiên cứu, xây dựng CSDL phục vụ nghiên cứu môi trường
biển trên thế giới và ở Việt Nam
- Phương pháp thu thập số liệu: với phương pháp này có thể kế thừa được
các kết quả nghiên cứu trước đó
- Phương pháp điều tra thực địa
- Phương pháp phân tích hệ thống: Xử lý hệ thống hóa các thông tin về khu
vực nghiên cứu phục vụ cho quá trình xây dựng CSDL
- Phương pháp đánh giá tổng hợp
- Phương pháp GIS
6. Tài liệu sử dụng
- Thông tin dữ liệu từ các trạm quan trắc hải văn ven bờ, cửa sông, đảo, số
liệu khảo sát của tầu nghiên cứu biển.
- Số liệu quan trắc từ các trạm phao, ObsShips hoạt động trên Biển Đông, số
liệu khảo sát khí tượng thủy văn và môi trường biển hợp tác quốc tế Việt - Xô về
Biển Đông và thềm lục địa Việt Nam.
5

Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ CHUẨN CƠ SỞ DỮ LIỆU

1.1. Hệ thông tin địa lý (GIS)
1.1.1 Khái niệm
GIS - chữ viết tắt của “Geographical Information System” hay còn gọi là hệ
thông tin địa lý ra đời vào đầu những năm 1960, trên cơ sở kế thừa những kiến thức
của ngành bản đồ học, công cụ tính toán tự động của tin học và các thông tin không
gian cập nhật từ lĩnh vực viễn thám. Các chức năng và công cụ tính toán trong GIS
ngày càng hoàn thiện, do đó khả năng ứng dụng của GIS rất đa dạng.
a) Định nghĩa
Hệ thông tin địa lý (GIS) là một tổ chức tổng thể của bốn hợp phần: phần cứng
máy tính, phần mềm, tư liệu địa lý và người điều hành được thiết kế hoạt động một
cách có hiệu quả nhằm tiếp nhận, lưu trữ, điều khiển, phân tích và hiển thị toàn bộ
các dạng dữ liệu địa lý. Hệ thông tin địa lý có mục tiêu đầu tiên là xử lý hệ thống dữ
liệu trong môi trường không gian địa lý. (Theo Viện nghiên cứu môi trường Mỹ
1994 - ESRI )
Hoặc một định nghĩa khác mang tính giải thích
GIS - Hệ thông tin địa lý: là một hệ thống bao gồm 4 thành phần:
- Máy tính và các thiết bị ngoại vi có khả năng thực hiện các chức năng
vào ra và xử lý thông tin của phần mềm.
- Một cơ sở dữ liệu chứa các thông tin không gian ( thông tin địa lý) và
các thông tin thuộc tính, được tổ chức theo một ý đồ chuyên ngành nhất định.
- Một phần mềm có tối thiểu 4 nhóm chức năng:
+ Nhập thông tin không gian và thông tin thuộc tính từ các nguồn
khác nhau.
6

liệu in. Sự liên hệ bên trong của máy tính cũng có thể thực hiện thông qua một hệ
thống mạng với các đường dẫn dữ liệu đặc biệt. Người sử dụng máy tính và các
thiết bị ngoại vi khác (như máy in, máy vẽ, máy số hoá và các thiết bị khác nối với
máy tính) thông qua một thiết bị hiển thị hình ảnh (VDU - Video Display Unit) để
cho phép các sản phẩm đầu ra được hiển thị nhanh chóng.
* Phần mềm
Là tập hợp các câu lệnh, chỉ thị nhằm điều khiển phần cứng của máy tính
thực hiện một nhiệm vụ xác định, phần mềm hệ thống thông tin địa lý có thể là một
hoặc tổ hợp các phần mềm máy tính. Phần mềm được sử dụng trong kỹ thuật GIS
phải bao gồm các tính năng cơ bản sau:
- Nhập và kiểm tra dữ liệu: Bao gồm tất cả các khía cạnh về biến đổi dữ liệu
đã ở dạng bản đồ, trong lĩnh vực quan sát vào một dạng số tương thích. Đây là giai
đoạn rất quan trọng cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý.
- Lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu: Lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu đề cập
đến phương pháp kết nối thông tin vị trí và thông tin thuộc tính của các đối tượng
địa lý (điểm, đường đại diện cho các đối tượng trên bề mặt trái đất). Hai thông tin
8

này được tổ chức và liên hệ qua các thao tác trên máy tính sao cho chúng có thể lĩnh
hội được bởi người sử dụng hệ thống.
- Xuất dữ liệu: Dữ liệu đưa ra là các báo cáo kết quả quá trình phân tích tới
người sử dụng, có thể bao gồm các dạng: bản đồ, bảng biểu, biểu đồ, lưu đồ được
thể hiện trên máy tính, máy in, máy vẽ
- Biến đổi dữ liệu: Biến đổi dữ liệu gồm hai lớp điều hành nhằm mục đích
khắc phục lỗi từ dữ liệu và cập nhật chúng. Biến đổi dữ liệu có thể được thực hiện
trên dữ liệu không gian và thông tin thuộc tính một cách tách biệt hoặc tổng hợp cả
hai.
- Tương tác với người dùng: Giao tiếp với người dùng là yếu tố quan trọng
nhất của bất kỳ hệ thống thông tin nào. Các giao diện người dùng ở một hệ thống tin
được thiết kế phụ thuộc vào mục đích của ứng dụng đó.

người điều hành phải được đào tạo và có kinh nghiệm trong nhiều lĩnh vực. Người
điều hành là một phần không thể thiếu được của GIS. Hơn nữa sự phát triển không
ngừng của các kỹ thuật phần cứng và phần mềm đòi hỏi người điều hành phải luôn
được đào tạo. Những yêu cầu cơ bản về người điều hành bao gồm các vấn đề như:
có những kiến thức cơ bản về địa lý, bản đồ, máy tính và công nghệ thông tin, có
kinh nghiệm trong việc sử dụng các phần mềm GIS, có hiểu biết về các loại dữ liệu,
có khả năng phân tích.
1.1.2 Chức năng cơ bản của GIS
Nhập và biến đổi dữ liệu địa lý:
10

Đây là quá trình chuyển đổi dạng dữ liệu từ dạng bản đồ giấy, từ tài liệu, văn
bản khác nhau thành dạng số để có thể sử dụng được trong GIS.
Sau khi nhập số liệu và bản đồ vào máy tính, khâu tiền xử lý cho phép hoàn
thiện dữ liệu – bản đồ trên máy với các nội dung như:
- Gắn thuộc tính cho các đối tượng bản đồ: Liên kết các dữ liệu không gian
và dữ liệu thuộc tính.
- Xây dựng cấu trúc topo (quan hệ không gian)
- Biên tập các lớp thông tin và trình bày bản đồ
- Chuyển đổi hệ chiếu (hệ tọa độ)
- Chuyển đổi khuôn dạng, cấu trúc dữ liệu bản đồ
Quản lý dữ liệu:
Trong GIS, dữ liệu được sắp xếp theo các lớp (layer), theo chủ đề, theo không
gian (khu vực), theo thời gian (năm tháng) và theo tầng cao và được lưu trữ ở các
thư mục một cách hệ thống.
Chức năng quản lý dữ liệu của GIS được thể hiện qua các nội dung sau:
- Lưu trữ dữ liệu trong CSDL GIS
- Khôi phục dữ liệu từ CSDL
- Tổ chức dữ liệu theo những dạng cấu trúc dữ liệu thích hợp
- Thực hiện các chức năng lưu trữ và khôi phục trong các thiết bị lưu trữ.

12

dạng cấu trúc cơ bản của CSDL trong GIS là: 1- Cấu trúc kiểu cành cây; 2- Cấu trúc
kiểu mạng liên kết; 3- Cấu trúc quan hệ.
1.1.4 Các kiểu dữ liệu
Có hai dạng cấu trúc dữ liệu cơ bản trong GIS. Đó là dữ liệu không gian và dữ
liệu thuộc tính. Dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính được lưu trữ trong cùng
một CSDL và có quan hệ chặt chẽ với nhau.
* Dữ liệu thuộc tính
Dữ liệu thuộc tính dùng để mô tả đặc điểm của đối tượng. Dữ liệu thuộc tính
có thể là định tính - mô tả chất lượng (qualitative) hay là định lượng (quantitative).
Về nguyên tắc, số lượng các thuộc tính của một đối tượng là không có giới hạn.
Thông thường chúng được lưu giữ ở dạng số, chữ hoặc bảng biểu trong hệ thống
thông tin địa lý. Chúng liên quan đến vị trí địa lý hoặc các đối tượng không gian và
liên kết chặt chẽ với chúng trong hệ thống thông tin địa lý thông qua một cơ chế
thống nhất chung. Để quản lý dữ liệu thuộc tính của các đối tượng địa lý trong
CSDL, người ta đã sử dụng phương pháp gán các giá trị thuộc tính cho các đối
tượng thông qua các bảng số liệu. Mỗi bản ghi (record) đặc trưng cho một đối tượng
địa lý, mỗi cột của bảng tương ứng với một kiểu thuộc tính của đối tượng đó.
* Dữ liệu không gian
Cấu trúc hình dạng của thực thể được mô hình hóa trên máy tính theo một trong
hai cách: Raster hoặc vector
+ Cấu trúc raster:
Raster được hiểu là ô hình vuông có kích thước nhất định gọi là cell hoặc pixell
(picture element), cấu trúc raster là cấu trúc hình ảnh. Mỗi ô vuông có chứa thông
tin về một đối tượng hay một sự hợp phần của đối tượng. Vị trí của đối tượng được
xác định bởi vị trí của các ô vuông theo trật tự hàng và cột. Nếu vị trí của mỗi một
ô ảnh pixel được tham chiếu với vị trí địa lý thật của nó trong một hệ tọa độ
13


độ (X,Y). Đường là một chuỗi các cặp tọa độ (X,Y) liên tục. Vùng là khoảng không
gian được giới hạn bởi một tập hợp các cặp tọa độ X,Y trong đó điểm đầu và điểm
cuối trùng nhau. Với đối tượng vùng, cấu trúc vector phản ảnh đường bao.

Hình 1.3 Cấu trúc vector
15

Cấu trúc vector có ưu điểm là vị trí của các đối tượng được định vị chính xác
(nhất là các đối tượng điểm, đường và đường bao); Cấu trúc này giúp cho người sử
dụng dễ dàng biên tập bản đồ, chỉnh sửa, in ấn. Tuy nhiên cấu trúc này có nhược
điểm là cấu trúc phức tạp, khó thực hiện các phép chồng xếp bản đồ và khó mô
phỏng vì mỗi đối tượng có một topology khác nhau. Có thể chuyển đổi dữ liệu từ
cấu trúc raster sang vector và ngược lại thông qua các chức năng của các phần mềm
hệ thông tin địa lý.

Hình 1.4 Chuyển dữ liệu từ vector sang raster

Hình 1.5 Chuyển dữ liệu từ raster sang vector
Tóm lại, nếu so sánh thì độ chính xác của dữ liệu vector cao hơn raster, tuy
nhiên khái niệm độ chính xác của các đối tượng trong HTTĐL vẫn chỉ là tương đối.
Trong quá trình xử lý theo mô hình không gian thì sự phối hợp giữa hai dạng tư liệu
là điều cần thiết. Thông thường, các mô hình xử lý tư liệu thường là không gian hai
chiều hoặc ba chiều. Trong tương lai, để theo dõi diễn biến của các đối tượng thì
16

phải xử lý theo đa thời gian và dự báo – đó là khái niệm về chiều không gian thứ tư
của mô hình xử lý HTTĐL.
1.1.5 Các kiểu đối tƣợng không gian
* Điểm
Điểm là đối tượng có kích thước bằng 0 về mặt hình học. Do đó các đối