BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

HỌ VÀ TÊN TÁC GIẢ ĐỒ ÁN
Sinh viên: Nguyễn Mạnh Tiến

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH DỮ LIỆU
GEODATABASE CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐẤT
ĐAI ELIS

Hà Nội, tháng 6 năm 2015


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

HỌ VÀ TÊN TÁC GIẢ ĐỒ ÁN
Sinh viên: Nguyễn Mạnh Tiến
ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH DỮ LIỆU
GEODATABASE CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐẤT
ĐAI ELIS
Chuyên ngành: Công nghệ thông tin
Mã ngành

: CNTT

Người hướng dẫn :Ths. Vũ Ngọc Phan

Đa dạng sinh học có vai trò rất quan trọng đối với việc duy trì các chu trình tự
nhiên và cân bằng sinh thái. Đó là cơ sở cho sự sống còn thịnh vượng của loài người và
sự bền vững của thiên nhiên trên trái đất.
Việt Nam là một nước nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, có điều kiện
địa lý, địa hình đặc biệt, tạo nên khu động thực vật và vi sinh vật rất phong phú và đa
dạng, là trong những quốc gia có mức đa dạng sinh học cao trên thế giới (xếp thứ 16/25
nước có mức độ ĐDSH cao trên thế giới) (SoE, 2005)
Tuy nhiên hiện nay do các nguyên nhân khác nhau, Đa dạng sinh học ở Việt
Nam đang bị suy thoái nghiêm trọng, các hệ sinh thái bị tác động và khai thác quá
mức; diện tích rừng , nhất là rừng nhiệt đới bị thu hẹp một cách báo động. Tốc độ tuyệt
chủng của các loài ngày một tăng, hậu quả tất yếu dẫn đến là sẽ giảm/mất các chức
năng hệ sinh thái như điều hòa nước, chống xói mòn, đồng hóa chất thải, làm sạch môi
trường, đảm bảo vòng tuần hoàn vật chất và năng lượng trong tự nhiên, giảm thiểu
thiên tai/các hậu quả cực đoan về khí hậu. và hệ quả cuối cùng là hệ thống kinh tế suy
giảm do mất đi các giá trị về tài nguyên thiên nhiên, môi trường, nhất là ở các nước
đang và chậm phát triển.
Vì vậy để góp phần hỗ trợ đắc lực cho việc quản lý nhà nước về đa dạng sinh
học và công tác nghiên cứu khoa học thì việc “Xây dựng mô hình dữ liệu cho nhóm
lớp thông tin về đa dạng sinh học” là vô cùng quan trọng.
2. Mục tiêu của đề tài

- Xây dựng mô hình dữ liệu cho nhóm lớp thông tin về đa dạng sinh học
- Xây dựng báo cáo tổng hợp đồ án
3. Nội dung của đề tài
 Chương 1: Tổng quan về cơ sở dữ liệu, mô hình dữ liệu và công nghệ GIS
- Cơ sở dữ liệu là gì?
- Mô hình dữ liệu là gì?
- Công nghệ GIS.
5


CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT
Thuật ngữ và

Giải thích

từ viết tắt
CNTT

Công nghệ thông tin

ĐDSH

Đa dạng sinh học

GIS

Geographic Information Systems (Hệ thống thông tin địa lý)

ĐTQL

Đối tượng quản lý

GPS

Hệ thống định vị toàn cầu

DANH MỤC BẢNG BIỂU
STT

Tên hình


-

-

-

-

-

-

Đa dạng nguồn gen: là tất cả các gen di truyền khác nhau của tất cả các cá thể
thực vật, động vật, và vi sinh vật, đa dạng di truyền tồn tại trong một loài và giữa các
loài khác nhau. Việt Nam là một trong 12 trung tâm nguồn gốc giống cây trồng và là
trung tâm thuần hoá vật nuôi nổi tiếng của thế giới.
1.2. Vai trò của đa dạng sinh học
ĐDSH Việt Nam có ý nghĩa to lớn trên nhiều phương diện khác nhau về sinh
thái, kinh tế và xã hội.
Giá trị sinh thái môi trường: Bảo vệ tài nguyên đất và nước, điều hòa khí hậu và phân
hủy các chất thải.
Giá trị kinh tế: Ngành nông nghiệp đóng góp 21% GDP, ngành lâm nghiệp 1,1% GDP
và ngành thuỷ sản chiếm hơn 4% GDP (Tổng cục Thống kê, 2003).
Giá trị xã hội – nhân văn: Giáo dục con người, tạo ổn định xã hội.
1.3. Đặc trưng của đa dạng sinh học ở Việt Nam
1.3.1. Đặc trưng đa dạng sinh thái
Tính phong phú và đa dạng của các kiểu hệ sinh thái: Với một diện tích không rộng,
nhưng trên lãnh thổ Việt Nam có rất nhiều kiểu hệ sinh thái khác nhau. Ở từng vùng
địa lý không lớn cũng tồn tại nhiều kiểu hệ sinh thái.


hoạt động mạnh, vì vậy, thường rất nhạy cảm với các tác động từ bên ngoài, kể cả các
tác động của thiên nhiên, cũng như những tác động của con người.
1.3.2. Đặc trưng đa dạng loài ở Việt Nam
Số lượng các loài sinh vậy nhiều, sinh khối lớn. Tính ra bình quân trên 1 kilomet vuông
lãnh thổ Việt Nam có 4,5 loài thực vật, gần 7 loài động vật, với mật độ hàng chục
nghìn cá thể. Đây là một trong những mật độ đậm đặc các loài sinh vật so với thế giới.
Cấu trúc loài rất đa dạng. Do đặc điểm địa hình, do phân hóa các kiểu khí hậu, cấu trúc
các quần thể trong nội bộ loài thường rất phức tạp. Có nhiều loài có hàng chục dạng
sống khác nhau.
Khả năng thích nghi loài cao. Thích nghi của các loài được thực hiện thông qua các đặc
điểm thích nghi của từng cá thể, thông qua chuyển đổi cấu trúc loài. Loài sinh vật ở
Việt Nam nói chung có đặc tính chống chịu cao đối với các thay đổi của các yếu tố và
điều kiện ngoại cảnh.
1.3.3. Đặc trưng đa dạng nguồn gen
Các biểu hiện của kiểu gen ở Việt Nam rất phong phú. Riêng kiểu gen cây lúa có đến
hàng trăm kiểu hình khác nhau, thể hiện ở gần 400 giống lúa khác nhau.
Các kiểu gen ở Việt Nam thường có nhiều biến dị, đột biến. Trong đó có những biến dị
xảy ra dưới tác động của các yếu tố tự nhiên (sấm, chớp, bức xạ,...), có những đột biến
xảy ra do những tác nhân nhân tạo. Đây là một trong những nguồn tạo giống mới.
Đa dạng sinh học gen ở Việt Nam chứa đựng khả năng chống chịu và tính mềm dẻo
sinh thái cao của các kiểu gen.
1.4. Một số bức xúc về ĐDSH ở Việt Nam

-

Các hệ sinh thái bị tác động nghiêm trọng, loài và nguồn gen suy giảm;

-


Bảo tồn nội vi bao gồm các phương pháp và công cụ nhằm mục đích bảo vệ
các loài, các chủng và các sinh cảnh, các hệ sinh thái trong điều kiện tự nhiên. Tùy theo
đối tượng bảo tồn để đáp ứng các hình thức quản lý thích hợp, thông thường bảo tồn
nội vi được thực hiện bằng cách thành thập các khu bảo tồn và đề xuất các biện pháp
quản lý phù hợp. Bảo tồn nội vi là hình thức bảo tồn chủ yếu ở Việt Nam trong thời
gian qua. Kết quả của phương pháp này thể hiện rõ nhất là đã xây dựng và đưa vào
hoạt động một hệ thống rừng đặc dụng.
Bảo tồn ngoại vi Ex- situ ở Việt Nam
Bảo tồn ngoại vi bao gồm các vườn thực vật, vườn động vật, các bể nuôi thủy
hải sản, các bộ sưu tập vi sinh vật, các bảo tàng, các ngân hàng hạt giống, bộ sưu tập
các chất mầm, mô cấy…các biện pháp gồm di dời các cây non và các vi sinh vật ra
khỏi môi trường sống thiên nhiên của chúng. Mục đích của việc di dời là để nhân
giống, lưu trữ, nhân nuôi vô tính hay cứu hộ trong trường hợp: nơi sinh sống bị suy
thoái hay hủy hoại không thể lưu giữ lâu hơn các loài nói trên, dùng để làm vật liệu cho
nghiên cứu, thực nghiệm và phát triển sản phẩm mới , để nâng cao kiến thức cho cộng
đồng. Tuy công tác bảo tồn ngoại còn tương đối mới ở Việt Nam, nhưng trong những
năm qua, công tác này đã đạt được một số thành tựu nhất

Chương 2: Cơ sở dữ liệu tài nguyên và môi trường
2.1. Tổng quan về CSDL
2.1.1. Cơ sở dữ liệu là gì?
Cơ sở dữ liệu là một bộ sưu tập rất lớn về các loại dữ liệu tác nghiệp, bao
gồm các bộ dữ liệu âm thanh, tiếng nói, chữ viết, văn bản, đồ họa, hình ảnh tĩnh hay
động, …. Cấu trúc lưu trữ dữ liệu tuân theo các quy tắc dựa trên lý thuyết toán học.
Cơ sở dữ liệu phản ánh trung thực thế giới dữ liệu hiện thực khách quan. Cơ sở dữ
liệu đã có ảnh hưởng rất lớn đến việc sử dụng máy tính. Có thể nói rằng cơ sở dữ
liệu đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực có sử dụng máy tính như giáo dục,
thương mại, kỹ nghệ, khoa học, thư viện, …. Thuật ngữ cơ sở dữ liệu trở thành một
thuật ngữ phổ dụng. Cơ sở dữ liệu được các hệ ứng dụng khai thác bằng ngôn ngữ


này để phát triển thêm các modul khác đáp ứng các yêu cầu chuyên biệt.
Trước đây, công nghệ GIS chủ yếu được ứng dụng trong việc thành lập bản đồ
chuyên đề như: bản đồ sử dụng đất, bản đồ quy hoạch sử dụng đất, bản đồ lớp phủ mặt
đất,... sử dụng các phần mềm như Mapinfo, MicroStation. Việc quản lý dữ liệu mang
tính đơn lẻ, chuyên môn hẹp, dữ liệu không lớn và gặp phải khó khăn khi quản lý một
CSDL với nhiều thông tin chuyên môn.
Công nghệ GIS ngày càng được bổ sung và hoàn thiện hơn, tính tiện ích ngày
càng được tăng cao và phần mềm ArcGIS của hãng ESRI là một sự hỗ trợ hoàn thiện
nhất cho việc xây dựng các mô hình CSDL quan hệ. Với một CSDL về môi trường đa
lĩnh vực và khối lượng dữ liệu lớn, quan hệ giữ liệu phức tạp như vậy thì việc ứng
dụng công nghệ của ESRI, sử dụng mô hình CSDL của bộ phần mềm ArcGIS là thích
hợp nhất để xây dựng CSDL.

12


2.2.
2.2.1.

Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu tài nguyên và môi trường
Sơ đồ quy trình xây dựng CSDL tài nguyên và môi trường
Theo thông tư số 26/2014/TT-BTNMT ngày 28 tháng 05 năm 2014

13


2.2.2.

Quy trình chi tiết xây dựng cơ sở dữ liệu tài nguyên và môi trường
2.2.2.1. Rà soát, phân tích nội dung thông tin dữ liệu

+ Danh mục đối tượng quản lý và các thông tin chi tiết (danh mục ĐTQL, các
thông tin chi tiết cho từng đối tượng quản lý, các quan hệ và các yếu tố ảnh hưởng đến
việc xây dựng cơ sở dữ liệu).
+ Danh mục chi tiết các tài liệu quét và giấy cần nhập vào CSDL
+ Báo cáo quy định khung danh mục dữ liệu, siêu dữ liệu
+ Báo cáo quy đổi đối tượng quản lý
2.2.2.2. Thiết kế mô hình dữ liệu
- Mục đích:
+ Thiết kế mô hình danh mục dữ liệu (data category), siêu dữ liệu (metadata)
theo (chuẩn dữ liêu, khung dữ liệu) dựa trên kết quả rà soát, phân tích.
+ Thiết kế mô hình cơ sở dữ liệu dựa trên kết quả rà soát, phân tích.
- Các bước thực hiện:
+ Thiết kế mô hình danh mục dữ liệu, siêu dữ liệu
+ Thiết kế mô hình cơ sở dữ liệu
• Thiết kế mô hình cơ sở dữ liệu
• Nhập dữ liệu mẫu để kiểm tra mô hình cơ sở dữ liệu
- Sản phẩm:

15


+ Mô hình cơ sở dữ liệu, mô hình danh mục dữ liệu, siêu dữ liệu dưới dạng
XML
+ Báo cáo thuyết minh mô hình danh mục dữ liệu, siêu dữ liệu
+ Báo cáo thuyết minh mô hình cơ sở dữ liệu
+ Báo cáo kết quả kiểm tra mô hình cơ sở dữ liệu trên dữ liệu mẫu
2.2.2.3. Tạo lập dữ liệu cho danh mục dữ liệu, siêu dữ liệu
- Mục đích: Tạo lập nội dung dữ liệu cho danh mục dữ liệu, siêu dữ liệu dựa trên kết quả
rà soát, phân tích và thiết kế.
- Các bước thực hiện:

c. Nhập, đối soát dữ liệu
16


-

-

-

-

Mục đích: Nhập, đối soát các dữ liệu từ dạng giấy vào cơ sở dữ liệu đã được thiết kế.
Dữ liệu sau khi được nhập vào cơ sở dữ liệu phải được đối chiếu, kiểm soát để đảm
bảo tính chính xác dữ liệu.
Các bước thực hiện:
+ Đối với dữ liệu không gian dạng giấy: số hóa theo quy định chuyên ngành sau
đó thực hiện bước chuyển đổi dữ liệu
+ Đối với nhập dữ liệu dạng giấy (phi không gian):
• Nhập dữ liệu có cấu trúc cho đối tượng phi không gian.
• Nhập dữ liệu có cấu trúc cho đối tượng không gian.
• Nhập dữ liệu phi cấu trúc cho đối tượng phi không gian.
• Nhập dữ liệu phi cấu trúc cho đối tượng không gian.
+ Đối soat dữ liệu:
• Dữ liệu có cấu trúc đã nhập cho đối tượng phi không gian.
• Dữ liệu có cấu trúc đã nhập cho đối tượng không gian.
• Dữ liệu phi cấu trúc đã nhập cho đối tượng phi không gian.
• Dữ liệu phi cấu trúc đã nhập cho đối tượng không gian.
Sản phẩm:
+ Dữ liệu dạng giấy dùng để nhập dữ liệu (được lưu trữ ở đơn vị thi công phục

-

-

Các bước thực hiện:
+ Kiểm tra mô hình cơ sở dữ liệu
+ Kiểm tra nội dung cơ sở dữ liệu
• Kiểm tra dữ liệu không gian.
• Kiểm tra dữ liệu phi không gian.
+ Kiểm tra danh mục dữ liệu, siêu dữ liệu
Sản phẩm
+ Báo cáo kết quả kiểm tra sản phẩm
+ Báo cáo kết quả sửa chữa
+ Báo cáo kiểm tra, nghiệm thu chất lượng, khối lượng
2.2.2.7. Phục vụ nghiệm thu và giao nộp sản phẩm
Mục đích: Phục vụ nghiệm thu và bàn giao các sản phẩm đã kiểm tra
Các bước thực hiện:
+ Lập báo cáo tổng kết nhiệm vụ và phục vụ nghiệm thu sản phẩm đã kiểm tra
+ Đóng gói các sản phẩm dạng giấy và dạng số
+ Giao nộp sản phẩm về đơn vị sử dụng và đơn vị chuyên trách công nghệ thông
tin phân cấp/quy định quản lý để phục vụ quản lý, lưu trữ và đưa vào hệ thống thông
tin tài nguyên và môi trường
Sản phẩm:
+ Báo cáo tổng kết nhiệm vụ và hồ sơ nghiệm thu kèm theo
+ Biên bản bàn giao đã được xác nhận
+ Các sản phẩm dạng giấy và dạng số
2.3.

-



-

-

Các số liệu thống kê thu thập được qua quá trình xử lý, phân tích sẽ bổ sung cập nhật
vào cơ sở dữ liệu và là cơ sở để đánh giá các thông tin thu được từ các bản đồ, các tư
liệu, tài liệu mới thành lập.
Phần lớn các tài liệu, tư liệu hiện có được thu thập và thành lập ở nhiều thời điểm khác
nhau, nên cần có quá trình nghiên cứu và phân tích kỹ lưỡng những thông tin đa thời
gian này. Trên thực tế, thông tin mới nhất chưa hẳn đã là thông tin tốt nhất.
2.2.4. Phương pháp ứng dụng GIS
Các phương pháp giải đoán và chiết tách thông tin từ ảnh vệ tinh bao gồm
phương pháp phân loại tự động, bán tự động (có giám định), giải đoán bằng mắt và
điều vẽ trực tiếp trên máy tính, điều vẽ bằng mắt trên ảnh in ra kết hợp với điều vẽ
ngoại nghiệp.
Các lớp thông tin được chiết tách ra từ ảnh vệ tinh được số hóa và chuẩn hoá, đưa vào
CSDL chuyên đề.
Sử dụng các công cụ GIS để chồng lớp thông tin lên bản đồ nền để thành lập bản đồ
bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên phục vụ quy hoạch bảo vệ môi trường cấp
tỉnh.
Ứng dụng CNTT nói chung, công nghệ GIS và Viễn Thám được coi là phương pháp
chủ đạo trong việc xây dựng hệ thống thông tin
Các ứng dụng của công nghệ GIS và viễn thám được liên tục phát triển trong lĩnh vực
ĐDSH. Từ chương trình kiểm kê nguồn tài nguyên thiên nhiên của Canada trong
những năm 1960, đến các chương trình GIS cấp bang của Mỹ bắt đầu vào cuối những
năm 1970, đến mô hình hoá quản lý các sự cố môi trường hiện đang được phát triển,
công nghệ GIS đã cung cấp các phương tiện để quản lý và phân tích các yếu tố ảnh
hưởng đến môi trường ngày càng hữu hiệu hơn.
Xu hướng hiện nay trong ĐDSH là sử dụng tối đa khả năng cho phép của GIS. Sự phát

20


Chương 3: Xây dựng mô hình dữ liệu cho nhóm lớp thông tin về đa dạng sinh học
Tình hình xây dựng cơ sở dữ liệu về đa dạng sinh học ở Việt Nam
Hiện nay việc quản lý cơ sở dữ liệu về ĐDSH còn nhiều khó khăn, thách thức,
công tác điều tra, đánh giá, kiểm kê tài nguyên ĐDSH thiếu hệ thống, thiếu đồng bộ.
Thông tin và dữ liệu nằm phân tán ở nhiều ngành, nhiều địa phương chưa được quản
lý, thống nhất, thiếu sự chia sẻ thông tin giữa các bộ/ngành và các địa phương, trình độ
xử lý thông tin chưa cao, chất lượng thông tin còn thấp, khối lượng lớn thông tin được
lưu trữ ở dạng tĩnh ( chủ yếu là trên giấy). Một CSDL được thiết kế hợp lý sẽ cung cấp
cái nhìn nhiều chiều vào kết quả ĐDSH, qua đó mang lại giá trị gia tăng cho kết quả
nghiên cứu, giúp cho các nhà quản lý, tra cứu, tham khảo một cách thuận lợi và dễ
dàng.
Xây dựng cơ sở dữ liệu về Đa dạng sinh học là vô cùng quan trọng, góp phần hỗ
trợ đắc lực cho việc quản lý nhà nước về đa dạng sinh học và công tác nghiên cứu
khoa học
3.1.

3.2. Sơ đồ cấu trúc khung cơ sở dữ liệu đa dạng sinh học

21


3.3. Metadata

22


Metadata là dạng dữ liệu mô tả dữ liệu. Thông thường trước khi sử dụng một

-

Cung cấp cho các nhà sản xuất các thông tin phù hợp để đặc trưng hóa dữ liệu địa lý
của họ một cách hợp lý.

-

Làm cho việc tổ chức và quản lý metadata của dữ liệu địa lý được dễ dàng.

-

Cho phép người dùng sử dụng được dữ liệu địa lý một cách có hiệu quả nhất bằng cách
hiểu các đặc tính cơ bản của nó.

23


-

Làm cho việc khảo sát, nhận và sử dụng lại được thực hiện dễ dàng. Người sử dụng dễ
dàng định vị, truy cập, khai thác, sử dụng dữ liệu địa lý.

-

Cho phép các người sử dụng chỉ định nơi chứa dữ liệu.
Chuẩn ISO 19115 đưa ra mô hình metadata với các thành phần sau :

1. Thành phần của metadata (Metadata Entity Set Information): là thành phần về chính

metadata : người tạo ra metadata, chuẩn metadata, ngày cập nhật,...

cấp, lệ phí, bản quyền,...
11. Thành phần mở rộng (Metadata Extent Information): là thành phần được phát triển và

mở rộng bởi người sử dụng nhằm mô tả chi tiết hơn về dữ liệu GIS.
12. Thành phần lược đồ ứng dụng (Application Schema Information): là thành phần cung

cấp các thông tin về lược đồ ứng dụng được sử dụng trong quá trình tạo dựng dữ liệu.
Theo nguyên tắc, Metadata phải được khởi tạo khi bắt đầu xây dựng dữ liệu và
thường xuyên cập nhật trong suốt quá trình xây dựng, xử lý dữ liệu. Tuy nhiên, các dữ
24


liệu trong đề án này thường đã thành sản phẩm nên việc xây dựng metadata sẽ khó
khăn hơn khi phải tập hợp các thông tin về dữ liệu đã quá lâu. Chính vì thế các thành
phần, lớp, phần tử, danh mục trong metadata có thể là bắt buộc hoặc tùy chọn nhưng
đối với đề án này thì cần phải phát triển và quy định thống nhất các tiêu chí cho tòan
bộ các dữ liệu không gian một cách phù hợp với thực tiễn và đáp ứng được chuẩn mực
quốc tế ISO 19115.
3.4. Xây dựng danh mục cơ sở dữ liệu đa dạng sinh học
STT

Đề mục

Loại đối tượng

Thông tin thuộc tính

Điểm

Mã loại, số hiệu điểm, tọa độ,


Mã cấp, cấp ủy ban, mã hành
chính, tên hành chính

3

Địa hình

3.1

Đường đẳng cao

Đường

Mã đẳng cao, độ cao

3.2

Điểm độ cao

Điểm

Mã độ cao, độ cao

4

Thủy hệ

4.1