ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
ĐÈ TÀI
THIẾT KÉ CO SỞ D Ử LIỆU
C HO HỆ T H ÔNG TIN ĐỊA LÍ VÈ TÀI NG UYÊN NƯ ỚC
(Designing the GIS Database of Water Infrastructures)
Mã số: Q G -02 -01
Đề tài nghiên cứu khoa học đặc biệt
cấp Đại học Quốc gia Hà nội
Chủ trì đề tài : PGS. TS. Nguyễn Đình Hóa
H o ^ - - c !3 I»a M r t I | V
'R U N G TÂ M TI-, . - Ĩ|N í H ư ViẼN j
0T/ ~ịệrZ-_
HÀ NỘI - 2005
MUC LUC
• •
PHẢN MỞ Đ Ầ U
.
Mục lụ c ii
Những người thực hiện đề tài V
Các kí hiệu và chữ viết tắt vi
Danh mục các bàng vii
Danh mục các hìn h viii
Báo các tóm tắt (tiếng Việt)
ix
Project summ ary
xiv
NỘI DUNG CHÍNH
Mơ Đ ÀU 1
29
1. Phân tích yêu cầu 29
1.1 Các chức n ăn g
29
1.2 Các ưu điểm của giải pháp dựa trên em ail
30
1.3 Lựa chọn công ngh ệ
31
2. Thiết kế chương trìn h 32
2.1 Sơ đô chức n ăng 33
2.2 Chi tiêt các chức nãn g 35
3. Triển khai chương trình 38
3.1 Các mô đun 38
3.2 Các tham sô câu hình 38
3.3 Các hàm tiện ích 39
3.4 Một số thao tác cấu hình 43
4. Khuôn mẫu tài liệu X M L 46
4.1 Lược đồ D T D 46
4.2 Một thông điệp XML với các vấn tin 49
4.3 Tnrờnơ hợp gưi tệp đính kèm vào CSDL 50
5. Sư dụng chương trình dbrobot 51
5.1 Thêm bản eh i 51
5.2 Cập nhật biMig 53
5.3 Vấn tin select 53
5.4 Giư ảnh đính kèm đối tượng vào CSDL 55
5.5 Trane Web hiên thị dữ liệu 57
CHƯƠNG 3 - XẢY DỰNG HỆ THONG 59
- I ' í -
Environmental Systems Research Institute
GIS
Geographic Infomation System
GML
Geography Markup Language
GRASS
Geographies Resources Analysis Support System
IMS Internet Map Server
JVGC The Japan-Vietnam Geolnfomatics Consortium
OGC
Open Geospatial Consortium
USGS
United States Geographical Survey
VNWP
Vietnam Water Partnership
XML
extensible Markup Language
VI
DANH MỤC CÁC BẢNG
Sô
Tên bảng Trang
1
Bảng 1. ỉ
reservoirs
18
2
Bảng 1.2
sha_relation
18
3
Bàng C2
Hô thuỷ điện
89
14
Bong C3
Lưu vực sông
90
15
Bóng C4
Các đập nước
91
Vll
DANH MỤC CÁC HÌNH
t t .
H ình sô Nội dung trang
1
Hình ỉ. ỉ Sơ đô thực thê liên kêt - logical diagram 17
2
Hĩnh ỉ.2 Lược đô CSDL - physical diagram
28
3
Hĩnh 2.1 các chức năng chỉnh của chương trình dbrobot
34
4
Hình 2.2 Chi tíêt các chức năng của chương trình dbrobot
37
5
Hình 2.3
Tệp aliases của hệ phát chuyên thư postfix 44
6
Trang \veb hiên thị dữ liệu các hô chứa nước
57
vin
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
1.1 M ục tiêu của đề tài
- Các hệ thông tin địa lí (GIS) chứa nhiều loại thông tin không gian về môi
trường, tài nguyên thiên nhiên, thông tin kinh tế xã hội của các vùng rộng lớn. GIS
đang phái huy tác dụng to lớn trong việc quản lí và khai thác hiệu quả nguồn tài
nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trường. Sự phát triển của mạng thông tin máy tính
làm cho việc thu thập thông tin nhanh chóng hơn, chia sẻ thông tin dễ dàng hơn.
GIS không nhũng chỉ phát huy tác dụng địa phương trong một vùng, một quốc gia
mà còn có ý nghĩa khu vực và quốc tế.
- Dữ liệu trong các GIS cần được cập nhật thường xuyên. Ví dụ, hệ thống
GIS tài nauyên nước ở Mỹ do ƯSGS (U.S. Geological Survey) xây dựng được cập
nhật với chu kì thời gian 15-60 phút, lưu trữ tại chỗ, sau đó chuyển đến trụ sở
USGS theo chu kì 4 giờ một lần.
Như vậy, trong việc xây dựng và ứng dụng các hệ GIS cần quan tâm đén
vấn đề tổ chức chia sẻ và cập nhật thông tin. Chúng ta đều biết ràng, xây dựng một
hệ thốne thông tin đã khó, nhưne duy trì sự tồn tại của nó, nâng cao tính hữu ích
cùng với thời gian lại càng khó hơn. Thông thường trong một hệ thống GIS các
đòi tượng được quản lý có vị trí địa lý phân bố rải rác cách xa nhau. Những người
hoặc cơ quan trực tiếp quản lý. khai thác và nắm thông tin về các đối tượng này vì
thể cũne ờ cách xa nhau. Đối với hệ thốne GIS, chính họ và chỉ họ mới là những
nmrời cỏ the duy trì và nâng cao tính hữu ích của hệ thống theo với thời gian.
Không có điều kiện để cho những người này trỏ’ thành tác nhân tích cực của hệ
thòng, hệ thống sẽ mất dần eiá trị của nó. Rõ ràne là các hệ GIS vận hành trên
- 1 -
máy đơn hoặc mạng LAN sẽ không đáp ứng được yêu cầu đó. Chỉ có các hệ vận
hành trỗn mạng WAN thông qua Internet mới có thể tạo được điều kiện cho những
/ .z C ắc nội dung nghiên cứu
Để đạt mục tiêu trên, các nội dung nghiên cứu cần tiến hành như sau:
- Điều tra khảo sát yêu cầu về lưu trữ thône tin cơ bản của một GIS về tài
nguyên nước. Tìm hiểu về tình hình dữ liệu và vận dụns cho thực tiễn Việt Nam
- Phân tích thiết kế khung CSDL cho hệ thống thống kê về tài nguyên nước.
- Tìm hiểu các công nghệ GIS, lựa chọn giải pháp thích hợp để xây dựng hệ
thống GIS hướng đến đông đảo người dùng
- Xây dựng công cụ phần mềm cho phép truy cập CSDL từ xa qua Email.
- Tích hợp hệ thông, triên khai hệ thông thử nghiệm trên mạng.
2. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước và ngoải nước
2.1 Trên thế giói
GIS có rất nhiều ửne dụng trong quản lí lài nguyên thiên nhiên, báo vệ môi
trường. Trên thế giới, Mỹ là nước có nhiều nghiên cứu về GIS nói chung và tài
nmiyên nước nói riêng, kể cả nghiên cứu lí thuyết lẫn ứng dụng. GRASS - Một
còns cụ phát triển GIS mã nguồn mờ đang được sử dụng phố biến trên thế giới có
nauồn éốc từ Mỹ. Nhiều phẩn mềm GIS thuơne mại như Arclnfo. Maplnfo của
các côn? tv phần mềm Mv.
Trone các công nahệ nền GIS thương mại hiện nay. đáng chú V là công
neliộ cứa viện nghiên cứu môi trườne ESRI của Mỹ và cône nghệ của hãne
M aplnfo là nhừntỉ công nghệ cuns câp các giải pháp tươne đối done bộ cho việc
\â\ dựns, một hệ thốna GIS.
Ve £ÓC độ siải pháp kỷ thuật công nghệ, cône nehệ nền của ESRI đáp ứna
khá đay đủ các tiêu chí chũne ta đặt ra. Điểm mạnh nhất trons cône nshệ GIS của
ESRI là quản trị CSDL không gian đa người dùng trên mạng WAN, hồ trợ giao
dịch, truyền tải dữ liệu không gian trên mạng cho phàn mềm khách. Công nghệ
GIS của ESRI ban đầu được phát triển cho môi trường UNIX, sau đó mới chuyển
sang*rnôi trường Windows trên các máy PC, do vậy, các giải pháp quàn trị CSDL
không gian đa người dùng, giải pháp mạng của ESRI được phát triến hoàn chỉnh
vả đồng bộ. Nhược điểm của loại công nghệ này là eiá chuyển giao khá cao so với
điều kiện hiện nay ở nước ta.
đường viền chung của một số khu vực. Bên cạnh PostgreSQL, MySQL với phần
mớ rộne hỗ trợ dữ liệu địa lý cũng là một ứng cử viên nặng ký. Điếm mạnh của
My SQL chính là tốc độ và độ ổn định cao. Tuy nhiên, My SQL gặp phải một số
vấn đề liên quan đến bảo mật. Thêm nữa phần mở rộng của MySQL cũng chưa
được thử nghiệm nhiều. Chính vì vậy, PostgreSQL thường được người dùng lựa
chọn nhiều hơn.
Nghiên cứu về tài nguyên nước
Nói riêng về tài nguyên nước, ở Mỹ có Hội tài nguyên nước - AWRA
(American Water Resource Association) tiên hành các nghiên cứu mũi nhọn về tìa
nsuyên nước và quản trị tài nguyên nước (). Tổ chức địa chất
Mỹ USGS duy trì một website chuyên về tài nguyên nước tại địa chỉ
bao gồm các cơ sở dữ liệu và bản đô như: tình
hình sử dụne nưóc ở Mỹ, tình hình nước ngầm và nguy cơ bị ô nhiễm, chương
trình quản trị các hệ thống sôns và lưu vực sông, chương trình phối hơp thông tin
vồ tài neuyên nước,
Tại nhiều trường đại học Mỹ, có các viện, trurm tâm nghiên CÍĨU về tài
nmiyèn nước, ví dụ Trune tâm CRWR (Center for Research in Water Resources)
cua dại học tons hợp Texas ( Viện nehiên cứu hệ
(hone môi trường ESRI (Environmental Systems Research Institute). Viện đã
thành lập một tổ họp có nhiệm vụ phát triển một hệ thốn2 GIS mới hỗ trợ mô hình
tài neuyên nước.
Nhiều hội thảo quốc tế và khu vực về tài nguyên nước được tổ chức chứng
tỏ sự quan tâm của giới khoa học cũng như các nhà quản lí về vấn đề này.
2.2 Ở Việt nam
Ở Việt nam trong những năm gần đây, G1S đã được quan tâm nghiên cứu
ứng dụng. Có thể điểm qua một số dịch vụ website liên quan đến lĩnh vực địa lý
đã xuất hiện ở nước ta như dưới đây.
Trước tiên phải nhắc đến trang Maponline.com của Viện công nghệ thông
tin - Viện khoa học và công nghệ Việt Nam. Đây là dịch vụ được phát triển trên cơ
sớ công cụ lập trình IMS (Internet Map Server) và MapObject của ERSI. Ngôn
neuyên nước Việt Nam.
Cuối năm 2003 tại Hà nội, Ngân hàng thế eiới, Cơ quan hỗ trợ phát triển
quốc tế Dan mạch cùng với Bộ tài nguyên môi trường Việt nam đã tổ chức
Vietnam Environment Monitor với chủ đề tài nguyên nước. Phát hành tài liệu
"Vietnam Environment Monitor - Water 2003”
3. Thời gian, địa điểm, phương pháp luận và phương pháp nghiên
cứu
Các hoạt động nghiên cứu đã được tiến hành trong thời eian hơn 2 năm, từ
giữa năm 2002 đên cuôi năm 2004, tại Hà nội.
Nhóm nhiên cứu đã thu thập các dữ liệu thông qua các tài liệu, báo cáo
chính thức của một số cơ quan tổ chức nêu trên. Các nahiên cứu về cône nshệ GIS
dựa trên các tài liệu chuyên môn và neuồn tham khảo phong phú từ Internet.
3. ỉ Điều tra khảo sát
Đe có thể thiết kế khung CSDL cho GIS tài neuyên nước cần nắm được
danh sách nhữnơ mục dữ liệu cân lưu trữ, hiêu V nghĩa thực tế cùa các trường dữ
liệu, mối liên quan aiữa các trường dữ liệu ấy. Đồng thời cũn2 cần tìm hiểu về tình
-7 -
hình các nguồn dữ liệu hiện có ờ Việt nam. Nhóm đề tài đã tiến hành điều tra khảo
sát yêu cầu về lưu trữ thông tin của một hệ thống GIS về tài nguyên nước trên cơ
sờ tham khảo tài liệu, báo cáo về tài nguyên nước của Việt nam đã công bố như:
* - Tiểu dự án của Trường ĐH Mỏ địa chất thực hiện với sự cộng tác của
Prof.Dr. S. HERATH, thuộc trường ĐHTH Tokyo, Nhật bản. Bảng; liệt kê các mục
dừ liệu thống kê về tài nguyên nước theo yêu cầu của của tiểu dự án này xem phụ
- CD-ROM - Vietnam Water Resources Atlas, do Hội đồng tài nguyên
nước quốc gia phát hành
- Vietnam Environment Monitor 2003 - Water
3.2 Tìm hiểu các công cụ mã nguồn m ở
Các nghiên cứu tìm hiểu cơ sở lí thuyết và xây dựng hệ thốns được tiến hành
từ đầu năm 2002 đến tháng 06/2004 tại Viện Công nghệ thông tin, Đại học Quốc
aia Hà nội.
nauồn mở.
CHƯƠNG 1
CSDL CHO HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÍ TÀI NGUYÊN NƯỚC
1. Phân tích yêu cầu
3.1 Mục tiêu
Hệ thống thông tin địa lí (GIS) có rất nhiều ứng dụng. Nó là cône cụ rất hữu
ích để quản lí tài nguyên, môi trường, xây dựng kế hoạch phát triến, hoạch định
phương án phòng chống thiên tai,v.v Với giao diện trực quan thông qua các bàn
đồ nhiều lớp, hệ thống GIS cho phép dễ dàng theo dõi diễn biến hay mô phỏng
các quá trình tự nhiên và xã hội cho các khu vực địa lí rộng lớn, phục vụ đắc lực
cho nhà lãnh đạo ra các quyết sách cũng như nhà khoa học trong côn2 tác nghiên
Các hệ thống quản trị tài nguyên thiên nhiên có phạm vi rộng, đối tượng cần
quán lí rai rác trên một vùne lãnh thổ lớn, vùn? sâu, vùne xa, thường không có
mạn2 thông tin máy tính trụ-: tuyến tốc độ cao. Trong khi đó, các dữ liệu lại cần
phái cập nhật thường xuyên, thậm chí với tần số cao trone trường hợp có thiẻn tai
sụ cố. Việc xây dụng một hệ thống cho phép cập nhật CSDL từ xa một cách thuận
tiện là cằn thiết.
Tài nguyên nước là một khái niệm rộng. Nó bao 2Ô1Ĩ1 cả các nguồn nước bề
mặt lẫn nguồn nước ngầm, lượng chứa, lượng xá, và cả chât lượng nước.v.v. ơ
dây chúng ta chỉ hạn chế đặt mục tiêu xây dựng một hệ thốne thử nghiệm phạm vi
nho. chù yếu về các nguồn nước bê mặt. Hệ thốne thôn2 tin địa lí vê tài nguyên
nước mà ta sẽ xây dựng là hệ thống tập hợp các dữ liệu cơ bản về các hồ chứa
nước, hồ thủy điện, đập ngăn, phục vụ cho mục đích thống kê, quản lí và làm cơ
sở cho những ứng dụng khác nhau.
• Đẻ việc thu thập và cập nhật dữ liệu được tiện lợi, chúng ta sẽ phát triển một
công cụ phần mềm dựa trên e-mail, cho phép truy cập CSDL tò xa thông qua thư
điện tử. Hệ thống có đầy đủ các chức năng truy vấn thông tin từ CSDL và cập nhật
CSDL qua email.
3.2 Yêu cầu dữ liệu
Các thực thể và thuộc tính cần lưu trữ và thống kê theo dõi bao gồm :
nước h, tìm ra dung tích nước và diện tích mặt hồ.
Maximum storage capacity: dung tích lớn nhât
Maximum discharge capacity, lượng xả cao nhât.
Rule curve: là kế hoạch điều tiết mực nước hồ trong năm. Các hồ chứa để
phục vụ tưới tiêu, vừa chống hạn, phòng lũ vừa có thể đồng thời là hồ thuỷ
điện. Để phối hợp phát điện với mục tiêu chống hạn, phòna lũ một cách tối
ưu, mỗi hồ có bảng điều tiết, quy định mức nước tối thiéu (tối đa) tại một số
thời điểm đầu mùa, cuối mùa bát buộc phải theo
Time
(yy/mm/dd)
Reservoir volume
(cu. m)
Reservoir water level: Bảnơ mức nước trong các năm qua.
Year
Month
Day
Hour Water Level
(from msl)
* - Image:
File name: tên tệp ảnh
Title: Tiêu đề ảnh
2. Diversion - Đập nước
- Name: Tên thường gọi
- River name: Tên sông
- Location name: Tên tỉnh, huyện
- Operating authority: Cơ quan quản Lí
- X-cordinate (dms): toạ độ X - Kinh độ
Y-cordinate (dms): toạ độ Y - Vĩ độ
Type o f diversion (attach a diagram): Kiểu đập
- Diversion capacity>:
Năm xáv dựng: Năm xây dựng công trình
Năm khánh thành: Năm khánh thành công trình
F_LV_km2: Diện tích lưu vực sông, tính bàng Km2
F_TUOI_ha: Diện tích vùng được tuới, tính bằna ha
Lưu vực - catchment basin:
Sông: thuộc hệ thông sône nào.
Nhiệm vụ: tưới, phát điện
Diinạ tích cực đại: WTOANBO
Dunẹ tích tỏi thiêu: WCHET
Mức nước cao nhát: Hmax m
Mức nước thấp nhất'. MN CHET
. 14-
2. Bảng Thuỷ điện
Bảng Thuỷ điện có các thuộc tính
• Nhà máy : tên nhà máy
Sông: tên sông
Lưu vực sông: tính bằng km2
Dung tích hồ chứa: tính bằng triệu m3.
Dung tích phát điện hiệu quả: tính bằng triệu m3
Công xuất phát điện: tính bằng MW
Lượng điện hàng năm', tính bàng GWh
4. Thiết kế CSDL
4.1 Sơ đồ thưc thể - liên hê
» •
Từ thống kê các yêu cẩu dữ liệu, phân tích ý nghĩa cúa các mục dữ liệu cũng
như hiện trạne dữ liệu có thể thu thập, CSDL của hệ thống thống kê tài nguyên
nước nên bao gồm các thực the và mối liên kết như sau.
Hồ chứa nưóc (reservoirs): là một thực thể chính. Các thuộc tính là các
mục dữ liệu chính như : mã định danh, tên, tên sông, tên tính, cơ quan quản lí, toạ
độ X,Y, lượng chứa cực đại, lượng xả cực đại.
W ATER - Display 1 / <Main Subject Area>
img_reservoir
image_id
rid (FK)
filename
title
•
img_diversion
image_id
did (FK)
filename
title
•
reservoirs
rid
name
river name
location name
operating authority
x-coordinate
y-coordinate
maxstorage
maxdischarge
img_hydropowerplant
imagejd
hpid (FK)
filename
title
hydropower_plant
hpid
X z>
C i
• Q:
opera
Id
did (
• Date
houi
disc
hqre
id
# did
wa
dis
4.2 Lược đồ CSDL
Chuyển từ sơ đồ thực thể liên kết thành các bảng, thể hiện các liên kết qua
các quan hệ khoá chính - khoá ngoài ta có lược đồ các bảng trong CSDL waterlis
như dưới đây.
Bang 7.7. Reservoirs - H ồ chứa nước
No
Field name Data
Type
Descriptions
Note
1
rid char(16) Unique code is use by the
authority
Key value
1
name varchar Name of reservoir
Unique identifier
Key value
1
Rid
char( 16)
Refer to reservoir Foreign key
- 18 -
Copyright: Tài liệu đại học ©