nghiên cứu ứng dụng công nghệ gis của esri và mô hình dữ liệu dan-vand trong lĩnh vực cấp nước sạch

1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ





NGUYỄN VIỆT HÙNG







NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS CỦA
ESRI VÀ MÔ HÌNH DỮ LIỆU DAN-VAND TRONG
LĨNH VỰC CẤP NƯỚC SẠCH




Ngành: Công nghệ thông tin
Chuyên ngành: Hệ thống thông tin
Mã số: 60 48 05

LUẬN VĂN THẠC SĨ


NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN HẢI CHÂU










Hà Nội- 2009


2

DANH MỤC TỪ VÀ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

STT

Chữ viết tắt

Diễn giải Tiếng Việt
1 BM Burst Management
Quản lý các điểm rò rỉ, thất

thoát
2 CNTT Công nghệ thông tin Công nghệ thông tin
3 CS Custommer Service Dịch vụ khách hàng
4 CSDL Cơ sở dữ liệu Cơ sở dữ liệu
5 DBMS Database Management Systems Hệ quản trị cơ sở dữ liệu
6 DEM Digital Elevation Model Mô hình độ cao số
7 ESRI
Environmental Systems
Research Institute
Viện nghiên cứu môi trường
8 GIS
Geographic Information
Systems
Hệ thống thông tin địa lý
9 HQTCSDL Hệ quản trị cơ sở dữ liệu Hệ quản trị cơ sở dữ liệu
10 LA Leakage Auditing Kiểm soát rò rỉ
11 LAN Local Area NetWork Mạng cục bộ
12 MBM Meter and Billing system Quản lý đồng hồ và hóa đơn
13 Module Phân hệ Phân hệ
14 NRW Non Revenue Water Nước thất thoát
15 NSD Người sử dụng Người sử dụng
16 PM Pressure Management Quản lý áp lực đồng hồ
17 PR Pipe Registration Đăng ký đường ống
18 RP Rehabilitation Planning Kế hoạch bảo dưỡng
19 Test Kiểm thử Kiểm thử
20 UseCase Trường hợp sử dụng Trường hợp sử dụng
21 View Khung nhìn Khung nhìn
22 WDMS
Water Distribution Management
system

Hệ thống quản lý phân phối
nước (sạch)
23

Dataset Tập dữ liệu Tập dữ liệu
24

Database Cơ sở dữ liệu Cơ sở dữ liệu
25

Software Phần mềm Phần mềm
26

Application
Server
Ứng dụng máy chủ Ứng dụng máy chủ


3

27

Web Server Web máy chủ Web máy chủ
28

Scalable
FrameWork
Trạm làm việc mở rộng được Trạm làm việc mở rộng được
29

Server Máy chủ phục vụ Máy chủ phục vụ
30

Browser Trình duyệt Trình duyệt



4

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Giao diện phần mềm WATSYS được mở trong phần mềm AutoCAD
Hình 1.2 Bản đồ chuyên đề trên phần mềm WATSYS
Hình 1.3 Hiển thị thông tin đối tượng
Hình 1.4 Biểu đồ thời gian
Hình 1.5 ArcGIS là hệ thống phần mềm GIS đầy đủ.
Hình 1.6 Cấu trúc ArcObjects
Hình 1.7 Sử dụng ArcGIS Engine gắn vào GIS trong ứng dụng
Hình 2.1
Mô hình quan hệ giữa đường ống(Pipe), điểm nối(Node )và thiết bị lắp
đặt(Component)
Hình 2.2
Mối quan hệ giữa Mô hình, Công nghệ phần mềm và cơ sở dữ liệu cho
GIS.
Hình 2.3 Miêu tả 2 lớp RESIDENCE và STREET.
Hình 2.4 Thể hiện RESIDENCE là lớp con của BUILDING
Hình 2.5
Lớp cha BUILDING có nhiều lớp con: RESIDENCE, HOSPITAL,
COMMERCIALBUILDING
Hình 2.6

Lớp con RESIDENCE có thể mở rộng thành các lớp con
RURALRESIDENCE và URBANRESIDENCE
Hình 2.7 Lớp CITY được hợp tác bởi 3 lớp HOUSELOT, STREET, PARK.
Hình 2.8
Kế thừa của URBANRESIDENCE và RURALRESIDENCE với
RESIDENCE.
Hình 2.9
Thuộc tính địa chỉ được kế thừa từ lớp BUILDING xuống các lớp con
của nó.
Hình 2.10
Lớp LANDPARCEL được đa kế thừa từ lớp TAXABLEITEM và
REALESTATEOBJECT.
Hình 2.11 Một ví dụ về GIS sử dụng đa kế thừa.
Hình 2.12
Lớp BUILDING kế thừa thuộc tính không gian từ lớp cha
GEOMETRIC.
Hình 2.13 Lớp BUILDING kế thừa nhiều thuộc tính từ các lớp cha của nó.
Hình 2.14 Dân số của một quốc gia được lấy từ dân số của các vùng
Hình 3.1 Mô hình kiến trúc tổng thể của WDMS
Hình 3.2 Cấu trúc cơ sở dữ liệu.
Hình 3.3 Sơ đồ lắp đặt theo Mô hình Dan-Vand
Hình 3.4 Quy trình thu thập và xử lý dữ liệu
Hình 3.5 Giao diện ứng dụng hệ thống thông tin địa lý GIS.
Hình 3.6 Sơ đồ tổ chức thực hiện tổng thể dự án WDMS
Hình 3.7 Sơ đồ tổ chức nhân sự thực hiện phát triển dự án WDMS
Hình 3.8 Biểu đồ hoạt động cập nhật đối tượng điểm nối


5

Hình 3.9 Biểu đồ UserCase đối với chức năng cập nhật đối tượng điểm nối
Hình 3.10 Biểu đồ hoạt động chức năng cập nhật thiết bị cho điểm nối
Hình 3.11 Biểu đồ Usercase chức năng cập nhật thiết bị cho điểm nối
Hình 3.12 Biểu đồ hoạt động chức năng cập nhật đường ống
Hình 3.13 Biểu đồ UserCase chức năng cập nhật đường ống
Hình 3.14 Biểu đồ hoạt động chức năng cập nhật vùng cấp nước
Hình 3.15 Biểu đồ UserCase chức năng cập nhật vùng cấp nước
Hình 3.16 Biểu đồ hoạt động chức năng xem biểu đồ
Hình 3.17 Biểu đồ UserCase chức năng xem biểu đồ
Hình 3.18 Biểu đồ hoạt động chức năng xem bản đồ
Hình 3.19 Biểu đồ Usercase chức năng xem bản đồ
Hình 3.20 Biểu đồ hoạt động chức năng in ấn bản đồ
Hình 3.21 Biểu đồ usercase chức năng in ấn bản đồ
Hình 3.22 Biểu đồ hoạt động chức năng kiểm tra mạng lưới
Hình 3.23 Biểu đồ usercase chức năng kiểm tra mạng lưới
Hình 3.24 Giao diện màn hình chính của phần mềm WDMS
Hình 3.25 Giao diện của phân hệ Quản lý đường ống
Hình 3.26 Thanh công cụ thao tác với bản đồ
Hình 3.27 Thanh công cụ cập nhật dữ liệu
Hình 3.28 Một góc bản đồ có dữ liệu về vùng cấp nước, đường ống và điểm nối
Hình 3.29 Truy vấn dữ liệu thuộc tính
Hình 3.30 Truy vấn dữ liệu không gian
Hình 3.31 Thiết lập màu sắc cho chức năng bản đồ chuyên đề
Hình 3.32 Bản đồ chuyên đề phân loại theo danh mục đường ống
Hình 3.33 Biểu đồ phân loại theo danh mục đường ống
Hình 3.34 Màn hình nhập dữ liệu thuộc tính cho điểm nối
Hình 3.35 Màn hình chọn và nhập dữ liệu thuộc tính cho thiết bị
Hình 3.36 Màn hình nhập dữ liệu thuộc tính cho đường ống
Hình 3.37 Hình ảnh của một đường ống sau khi đã tạo
Hình 3.38 Chức năng tạo cầu vồng cho đường ống (fly-over)

Hình 3.39 Chức năng kéo dài đường ống (Extend)
Hình 3.40 Chức năng cắt đường ống
Hình 3.41 Chức năng nối đường ống (Merge)
Hình 3.42 Chức năng chia cắt đường ống (split)
Hình 3.43 Chức năng tìm “ốc đảo” trong mạng đường ống (Network Island)



6

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1 Lớp thông tin đường ống
Bảng 2 Bảng thuộc tính lớp đường ống
Bảng 3 Lớp thông tin điểm nối
Bảng 4 Bảng thuộc tính lớp điểm nối
Bảng 5 Lớp thông tin vùng cấp nước
Bảng 6 Bảng thuộc tính lớp Vùng
Bảng 7 Lớp thông tin vùng dịch vụ
Bảng 8 Bảng thuộc tính lớp vùng dịch vụ
Bảng 9 Danh mục trạng thái hoạt động vật lý của thiết bị
Bảng 10 Thông tin về thùng chứa
Bảng 11 Danh mục mã loại thùng chứa
Bảng 12 Bảng danh mục C_Tank_Wat
Bảng 13 Bảng danh mục C_Medium_Wat
Bảng 14 Thông tin về giếng
Bảng 15 Thông tin về các thiết bị nối đơn
Bảng 16 Danh mục SimpleJointCat_Wat
Bảng 17 Loại thiết bị đơn giản
Bảng 18 Các điểm lắp đặt các thiết bị phức tạp
Bảng 19 Danh mục của ComplexCompCat_Wat

Bảng 20 Loại thiết bị phức tạp
Bảng 21 Các điểm lắp đặt
Bảng 22 Loại điểm lắp đặt
Bảng 23 Các điểm lắp đặt đồng hồ
Bảng 24 Hạng mục đồng hồ
Bảng 25 Danh mục của đồng hồ
Bảng 26 Loại đồng hồ
Bảng 27 Các điểm lắp đặt máy bơm
Bảng 28 Danh mục mã điều khiển đồng hồ
Bảng 29 Danh mục máy bơm
Bảng 30 Kiểu máy bơm
Bảng 31 Bể chứa
Bảng 32 Loại bể chứa
Bảng 33 Danh mục bể dự trữ
Bảng 34 Các điểm tiêu thụ nước
Bảng 35 Danh mục các điểm tiêu thụ
Bảng 36 Loại điểm tiêu thụ nước


7

Bảng 37 Đồng hồ nước
Bảng 38 Danh mục đồng hồ nước
Bảng 39 Loại Van
Bảng 40 Danh mục điều khiển Van
Bảng 41 Danh mục bề mặt
Bảng 42 Tiến độ thực hiện dự án WDMS
Bảng 43
Tiến độ thực hiện phân hệ Đăng ký đường ống

8

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN 9
LỜI CẢM ƠN 10
MỞ ĐẦU 11
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH CẤP NƯỚC 12
1.1 Vai trò và tầm quan trọng của việc quản lý cấp nước 12
1.2 Các hệ thống quản lý cấp nước 13
CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH CƠ SỞ DỮ LIỆU DAN-VAND VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN
TÍCH THIẾT KẾ HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG 25
2.1 Mô hình cơ sở dữ liệu DAN-VAND 25
2.2 Mô hình hướng đối tượng đối với cơ sở dữ liệu GIS 27
2.2.1 Giới thiệu 27
2.2.2 Mô hình cho hệ thống thông tin địa lý GIS 29
2.2.3 Cơ chế trừu tượng hướng đối tượng 31
2.2.4 Mô hình hóa trực quan 35
2.2.5 Tổng kết 43
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG GIS SỬ DỤNG ARCGIS TRÊN MÔ HÌNH
DỮ LIỆU DAN-VAND TRONG QUẢN LÝ CẤP NƯỚC SẠCH 45
3.1 Đặt vấn đề 45
3.2 Khái niệm về đô thị và quá trình quy hoạch phát triển đô thị 45
3.3 Sự cần thiết khi ứng dụng công nghệ GIS trong công tác quản lý và quy hoạch 46
3.4 Mô tả ứng dụng 48
3.4.1 Đăng ký đường ống trong WDMS – Pipe Registration 50
3.4.2 Mục tiêu của Hệ thống đăng ký đường ống 50
3.4.3 Những yêu cầu chung 51
3.4.4 Yêu cầu về xây dựng cơ sở dữ liệu 53
3.4.5 Yêu cầu về ứng dụng nhân GIS 78

3.4.6 Bố trí nhân lực, tiến độ thực hiện dự án 81
3.4.7 Yêu cầu về chức năng nghiệp vụ 87
3.5 Kết quả thực hiện được 99
3.6 Kết quả thực tế dự án WDMS áp dụng phân hệ Đăng ký đường ống 108
3.7 Định hướng phát triển của sản phẩm tại Việt Nam 109
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 110
TÀI LIỆU THAM KHẢO 111


9

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Những kết quả và các số
liệu trong khoá luận chưa được ai công bố dưới bất cứ hình thức nào. Tôi hoàn
toàn chịu trách nhiệm trước nhà trường về sự cam đoan này!

Hà nội, ngày tháng năm 2009
Tác giả




Nguyễn Việt Hùng



10

LỜI CẢM ƠN
Luận văn này được hoàn thành ngoài nỗ lực hết sức của bản thân, trong quá

trình làm việc tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của các thầy cô tại
khoa Công nghệ Thông tin, Đại học Công Nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội
Xin chân thành gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo khoa Công nghệ Thông tin,
Trường đại học Công Nghệ, đặc biệt là thầy giáo, Tiến sĩ Nguyễn Hải Châu, người
trực tiếp hướng dẫn tôi.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ban giám đốc công ty VIDAGIS – nơi tôi
đang công tác, đặc biệt là Phó Tổng Giám đốc, Thạc sỹ Lê Phước Thành, đã tạo
điều kiện tốt nhất về thời gian, cơ sở vật chất, kiến thức, chuyên gia trợ giúp trong
quá trình thực hiện dự án, đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong thời gian tôi thực hiện đề
tài này.
Xin gửi lời cám ơn tới cha mẹ, bạn bè, đồng nghiệp và những người thân đã
giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian qua.
Luận văn thạc sĩ này được thực hiện trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu mang
mã số QG.09.27, Đại học Quốc gia Hà Nội.


11

MỞ ĐẦU
Hiện nay việc ứng dụng và triển khai các ứng dụng GIS vào trong quản lý để
phục vụ cho đời sống xã hội đã và đang phát triển rất nhanh, điển hình là trong các
lĩnh vực Giao thông liên lạc, Y Tế, Giáo dục, Lam Nghiệp, Nông nghiệp, Điện
lực, Tài nguyên Môi trường, và đặc biệt là trong việc quản lý mạng lưới cấp nước
sạch.
Mục đích của đề tài là trình bày lại những kiến thức cơ bản đã được áp dụng để
xây dựng thành công dự án phát triển phần mềm "Quản lý cấp nước sạch" đang
được sử dụng tại thành phố Seremban, Malaysia, nhằm tìm ra một hướng giải pháp
để có thể mở rộng, khai thác năng lực của dự án để có thể áp dụng được rộng rãi ở
nhiều nơi, nhất là ở Việt Nam.
Luận văn gồm 4 chương với bố cục như sau:

Chương 1: Tổng quan về mô hình cấp nước
Trình bày về vai trò và tầm quan trọng của việc quản lý cấp nước và một số mô
hình cấp nước
Chương 2: Trình bày chi tiết về mô hình cơ sở dữ liệu cấp nước DAN-VAND
và phương pháp phân tích thiết kế hướng đối tượng áp dụng
Chương 3: Trình bày chi tiết mô tả hệ thống phần mềm quản lý mạng lưới cấp
nước sạch, sử dụng GIS trong việc đăng ký đường ống. Trình bày kết quả thực tiễn
thực hiện dự án, và định hướng phát triển mở rộng
Chương 4: Kết luận và kiến nghị



12

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH CẤP NƯỚC
1.1 Vai trò và tầm quan trọng của việc quản lý cấp nước
Nước sạch và sử dụng nước sạch là nhu cầu thiết yếu của con người, kể cả
trong xã hội nguyên thủy đến xã hội hiện đại như ngày nay.
Thử hình dung trong cuộc sống hàng ngày chúng ta bị thiếu nước sạch để sinh
hoạt thì điều gì sẽ sảy ra?
Nước sạch có thể được khai thác bằng các hình thức khác nhau, như giếng đào,
giếng khoan, nước mưa nhưng ngày nay con người đã xây dựng được một mô
hình mạng lưới cấp nước chung phục vụ cho một phạm vi địa bàn rộng lớn, và từ
một nguồn khai thác, nước được xử lý để đảm bảo vệ sinh đủ tiêu chuẩn để đưa
đến nới tiêu thụ.
Trong cuộc sống của đô thị hiện đại, thì việc thiết kế và xây dựng một hệ thống
quản lý cấp nước cần phải đáp ứng được các yêu cầu về sự phát triển tăng lên một
cách nhanh chóng của dân cư và hệ thống cơ sở hạ tầng để làm sao trong một
khoảng thời gian 40 đến 50 năm sau, hệ thống vẫn có thể đáp ứng được một cách

tối đa khả năng cung cấp nước sạch và không bị ảnh hưởng bới sự thay đổi của kết
cấu cơ sở hạ tầng.
Để làm được điều đó thì trước hết cần phải có sự trợ giúp đắc lực của công
nghệ. Ngày nay công nghệ có thể làm thay đổi cả thế giới, có vai trò quan trọng
trong việc hoạch định các chính sách của hệ thống chính quyền.
Một đô thị hiện tại được đánh giá là văn minh thì một trong các tiêu chí để
đánh giá là đô thị đó phải có hệ thống phân phối nước sạch tốt, đáp ứng được nhu
cầu sinh hoạt của người dân và phục vụ cho các lĩnh vực khác, hệ thống nước sạch
có vai trò rất quan trọng đối với các lĩnh vực của đời sống văn hóa xã hội của
người dân, thể hiện những nỗ lực trong quản lý của các cấp chính quyền.
Để làm được việc đó thì cần phải có một bộ máy chuyên trách đảm nhiệm việc
quản lý hệ thống cấp nước, đảm bảo duy trì hệ thống hoạt động từ việc lắp đặt hệ
thống bơm dẫn, tích trữ, xây lắp mạng lưới dẫn nước, các điểm xử lý và đưa nước
sạch vào các hộ dân, quản lý hệ thống hóa đơn, đồng hồ, duy tu, bảo dưỡng hệ
thống, quản lý tài sản Tất cả những công đoạn đó được gọi là quản lý cấp nước.
Ở Thụy Điển, nước và các dịch vụ công cộng theo quy định được quản lý bởi
các đô thị. Khi các công trình cấp nước đô thị bắt đầu được xây dựng vào cuối thế
kỷ 19, nó thể hiện sự quyết tâm và cam kết của chính quyền thành phố. Ngay cả
các cộng đồng nhỏ ở các vùng nông thôn cũng đều có các công trình cấp nước
công cộng của chính họ. Chỉ các công ty công nghiệp lớn được cấp phép khai thác
nước mặt hoặc nước ngầm cho các công trình cấp nước riêng của họ.


13

Trong những năm 90 của thế kỷ trước, có hơn 2 nghìn công trình cấp nước và
67 nghìn km đường ống cấp nước của các thành phố, cung cấp cho 7,7 triệu người
tiêu dùng hay 90% dân số với nước sạch chất lượng cao. Lượng nước tiêu thụ cao
nhất vào cuối những năm 1960, khi có tới 800 triệu mét khối nước đã được sử
dụng hàng năm. Việc rò rỉ trong hệ thống đường ống được ước tính bằng khoảng

20%. Ngày nay lượng nước tiêu thụ vào khoảng 730 triệu mét khối, tính ra mỗi gia
đình tiêu thụ khoảng 200 lít/ người/ngày.
Theo thống kê, năm 2004 trên thế giới có khoảng 3,5 tỉ người đang sử dụng
nước sạch từ các vòi nước hay nguồn nước công cộng của các nhà máy cấp nước.
1,3 tỉ người sử dụng nước từ các nguồn giếng khoan, giếng đào. Một tỉ người sử
dụng nước từ các nguồn thiên nhiên như sông, suối, ao hồ [9].
Những thống kê trên chỉ ra cho thấy, việc quản lý cấp nước có vai trò rất quan
trọng trong đời sống văn hóa xã hội trong cuộc sống đô thị hiện đại.
1.2 Các hệ thống quản lý cấp nước
Hệ thống quản lý cấp nước là một hệ thống trợ giúp cho con người để quản lý
trong lĩnh vực cấp nước sinh hoạt, được tự động hóa nhằm làm giảm tối đa sức lao
động bằng chân tay, và các thao tác thủ công nhưng vẫn thực hiện được đầy đủ các
chức năng nghiệp vụ trong hệ thống cấp nước.
Các hoạt động trong việc quản lý cấp nước gồm có:
- Đảm bảo chất lượng nước được xử lý
- Thiết kế mạng lưới đường ống cấp nước và các thành phần được lắp đặt
và phân tích nhu cầu sử dụng trong hệ thống
- Quản lý lưu lượng và áp lực cho mạng lưới đường ống
- Phát hiện và xử lý kịp thời các điểm rò rỉ
- Chống thất thoát trong hệ thống
- Quản lý hệ thống đồng hồ, hóa đơn
- Thay thế, bảo dưỡng hệ thống mạng lưới đường ống

Sau đây là một số hệ thống quản lý cấp nước hiện có trên thị trường:
Hệ thống WATSYS. [17]
Hệ thống WATSYS được cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ phát triển, với
hạt nhân cơ bản là EPANET
WATSYS sẽ giúp người dùng phân tích, thiết kế và quản lý hệ thống cấp nước.
Đó là một hệ thống thông tin đồ họa (GIS) cho các cơ sở hạ tầng nước.
Phần mềm này mô phỏng các tình huống để xác định và sửa chữa thiếu sót

trong một hệ thống phân phối hiện có, mở rộng hệ thống để đáp ứng nhu cầu trong
tương lai, hoặc để dự đoán năng suất của hệ thống trong trường hợp khẩn cấp như
trục trặc máy bơm, sự hỏng hóc, trang thiết bị trục trặc hoặc cháy nổ. Nó có thể


14

được sử dụng để mô phỏng ở thời gian cao điểm và thời điểm sử dụng thấp.
WATSYS cũng có thể thực hiện phân tích chất lượng nước bao gồm việc phân rã
clo, phân phối florua, tìm nguồn nước và đo tuổi của nước. Các mô hình để thấy rõ
hơn về sự chuyển động và biến đổi của nước đã được xử lý.
Các thành phần của hệ thống này bao gồm:
1. Kết nối đến phần mềm AutoCAD
Các phiên bản AutoCAD R14.01, 2000, 2002, 2004
WATSYS chạy độc lập, nhưng nếu kết hợp với phần mềm AutoCAD các phiên
bản R14.01, 2000, 2002, 2004 thì có thể kết nối với nhau để làm việc. WATSYS
sẽ hiện lên một thanh công cụ để người sử dụng có thể chọn, hoặc xác định vị trí
chỉnh sửa các thành phần trong hệ thống cấp nước. Các sơ đồ chính được tạo ra từ
các bản vẽ được tô bằng các mã màu cho các lớp đối tượng chồng xếp.

Hình 1.1: Giao diện phần mềm WATSYS được mở trong phần mềm AutoCAD
Trên thanh công cụ này, người sử dụng có thể:
- Thêm các điểm nối (Nodes), các đường ống (Pipes), sửa hoặc xem dữ liệu
của mình
- Xác định vị trí các điểm nối và đường ống trên các bảng biểu hoặc trên
"Key-plans" bằng cách lựa chọn chúng trên bản đồ
- Tạo các bản đồ chuyên đề với các thông tin bên trong như: Chèn các dòng
văn bản, tô màu các đối tượng, đặt kích thước và biểu tượng các đối
tượng, các tiều đề, mô tả người sử dụng sơ đồ dòng chảy được gán nhãn

15

trên các đường ống, các điểm nối, áp suất đường ống, đường kính đường
ống, dòng chảy, sự giảm /mất mát và vận tốc dòng chảy.
- Đặt biểu tượng cho các đối tượng Điểm nối, các đường ống có các điểm
nối mà van đóng, van đang kiểm tra, hay van điều khiển, máy bơm và hồ
chứa
2. Làm việc trên các sơ đồ
- Chọn vào vị trí của các điểm nối hay các đường ống để hiển thị thông tin
hoặc sửa đổi thông tin của đối tượng đó trên các bảng biểu hay sơ đồ hoặc
các bản vẽ AutoCAD
- Dựa vào các ô nhãn hiện lên trên màn hình để hiện thông tin do người
dùng chọn khi di chuột lên các điểm nối hoặc đường ống.
- Nháy đúp chuột lên các điểm nối hoặc đường ống để sửa đổi thông tin
thuộc tính cho đối tượng
- Có khả năng phóng to/thu nhỏ, sao chép, lưu, in sơ đồ
- Chèn các dòng văn bản hay chú giải lên sơ đồ
- Các đường ống thể hiện bán kính của từng đối tượng tương ứng
- Màu sắc của các đường ống thể hiện các thông tin chính của người dùng
- Có thể xem được các biểu đồ thời gian nếu nháy chuột lên các điểm nối
hay đường ống
- Có thể nhìn thấy được áp lực đường ống, vận tốc, chất lượng nước, tuổi
nước bằng sự biến đổi màu sắc trên các đường ống

Hình 1.2: Bản đồ chuyên đề trên phần mềm WATSYS
3. Mô hình cấp nước trong hệ thống WATSYS
Dễ dàng chuyển đổi giữa phương pháp phân tích khoảng thời gian và các
phương pháp phân tích khác:
o Trạng thái ổn định

16

o Mở rộng khoảng thời gian
o Chất lượng nước:
o Nơi tập trung hóa chất
o Tuổi của nước
o Lưu vết của nguồn cấp nước
o Các trạm bơm cung cấp nước
o Các hồ chứa như thùng hoặc các mức thủy lực cố định
o Điều khiển Valve theo các mức hoặc theo dòng chảy
o Mở và đóng đường ống bằng cách sử dụng thiết bị chuyển mạch
o Tình trạng đường ống bao gồm các trạng thái: Mở-Open, Đóng -
Closed, hoặc Valve kiểm tra (check valve)
o Tìm kiếm hoặc sắp xếp các điểm nối và đường ống, chọn để in ấn
o Tạo độ dài đường ống từ hệ thống tọa độ
o Kích thước đường ống phân cách tỷ lệ với hệ số gồ ghề của đường
ống
o Điều chỉnh hệ số gồ ghề với kích thước ống, chất liệu đường ống,
tuổi, vận tốc dòng chảy

Hình 1.3: Hiển thị thông tin đối tượng
Với mô hình như vậy, việc phân tích dòng chảy và ghi lại sự thay đổi của dòng
chảy theo thời gian của WATSYS được thể hiện như hình dưới đây:


17

Hình 1.4: Biểu đồ thời gian
4. Quản lý kho đường ống
Phục vụ cho công tác duy tu bảo dưỡng hệ thống, ghi chép các mã màu sẽ giúp
người quản lý có thể ưu tiên hóa công việc. Công việc bao gồm:
o Ngày kiểm tra và ngày lắp đặt
o Ghi chú kiểm tra
o Các điều kiện
o Loại nguyên vật liệu
o …


18

Như vậy với những mô tả như ở trên, thì có thể nhận thấy là trong hệ thống
WATSYS đã ra đời từ rất sớm, và có một số đặc điểm sau:
o Không sử dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) để lưu trữ và quản lý
dữ liệu, chỉ sử dụng các bản vẽ ở các định dạng AutoCAD – là công
cụ để làm các bản vẽ thiết kế làm “nền" để thực hiện các phép phân
tích dữ liệu và xử lý số liệu
o Do không sử dụng hệ thông tin địa lý, nên không có cơ sở dữ liệu
GIS về các đối tượng trong hệ thống phân phối nước. Mô hình cấp
nước được mô tả không có thiết kế chi tiết các bảng dữ liệu, không
chỉ ra được mối quan hệ giữa các đối tượng trên bản đồ
o Hệ thống chuyên sâu về phân tích mức độ tiêu thụ, nhu cầu sử dụng
(Demand) và tính toán đo áp lực đường ống, từ đó hiển thị thành các
sơ đồ và biểu đồ.

o Hệ thống chưa đề cập được các giải pháp để chống rò rỉ, kênh thông
tin khách hàng, chưa cho phép tạo các bản vẽ thiết kế trên bản đồ, và
đặc biệt không thể hỗ trợ chức năng phân tích không gian trên bản
đồ để phục vụ cho mục đích cấp nước.

Hệ thống quản lý phân phối nước sạch WDMS do VIDAGIS phát
triển
Mục tiêu của hệ thống WDMS:
Mục tiêu chính của hệ thống WDMS là quản lý việc phân phối nước sạch,
trong đó chủ yếu là chống rò rỉ, và sử dụng hạt nhân là mô hình dữ liệu DAN-
VAND
Các chức năng chính trong hệ thống bao gồm các module sau:
- Pipe Registration - Đăng ký đường ống
- Leakage Auditing – Theo dõi và kiểm soát sự thất thoát nước
- Pressure Management – Quản lý áp lực đường ống
- Meter and Billing management – Quản lý hóa đơn và đồng hồ
- Burst management – Quản lý các điểm rò rỉ
- Customer Service – Dịch vụ thông tin phản hồi của khách hàng
- Rehabilitation Planning – Kế hoạch bảo trì, bảo dưỡng, nâng cấp
- Report management – Các báo cáo phục vụ cho việc quản lý và theo dõi
hệ thống
- Administrator – Quản lý người sử dụng và ngôn ngữ, an toàn CSDL
- Calculation Service - Tính toán số liệu tổng hợp cho toàn hệ thống.
Hệ thống WDMS do VidaGIS phát triển dựa trên các thành phần sau:


19

- Mô hình cấp nước: Trong WDMS, mô hình cấp nước sử dụng hoàn toàn
mô hình DAN-VAND, sẽ được mô tả chi tiết trong chương 2 của luận văn

này
- Cơ sở dữ liệu của WDMS là CSDL GIS, sử dụng phần mềm ArcGIS của
hãng ESRI (www.esri.com), tích hợp vào một hệ quản trị CSDL.
- Hệ quản trị Cơ sở dữ liệu trong WDMS sử dụng HQTCSDL SQL Server
của hãng Microsoft
- Nền tảng để phát triển: Trên ngôn ngữ C# và DotNet FrameWork của
Microsoft
Công nghệ nền tảng để phát triển phần mềm WDMS là sử dụng công nghệ GIS
của hãng ESRI, có tên là ArcGIS, sau đây là một số thông tin về công nghệ GIS
hiện nay đang có trên thị trường:
1. Công nghệ MapInfo [24], [26]
MapInfo: là phần mềm bản đồ đang được sử dụng rất rộng rãi trên thị trường
Việt Nam. Một điểm mạnh của MapInfo là khả năng hiển thị, giàn trang in rất tiện
lợi và đây là một trong những ưu thế của MapInfo so với các phần mềm GIS khác.
Giải pháp desktop (ứng dụng độc lập) của MapInfo tương đối nhỏ gọn nên
MapInfo đang được chiếm ưu thế lớn ở Việt Nam, nhất là đối với những nơi tiếp
cận GIS sớm, quy mô nhỏ.
Ngoài các giải pháp Desktop , MapInfo còn có các giải pháp mạng, Web. Tuy
nhiên cũng như các giải pháp mạng và Web của các hãng khác hiện đang ít được
sử dụng trên thị trường Việt Nam, vì trên thực tế thị trường này cũng mới làm
quen với chúng.
Những đặc điểm chính của MapInfo gồm:
 Chạy trên các hệ điều hành: UNIX, Windows.
 Hỗ trợ các thiết bị: Bàn số, máy quét ảnh, chuột, các máy vẽ.
 Các chức năng chính: Tạo vùng đệm, phân tích bản đồ, phân tích mạng.
 Hệ quản trị cơ sở dữ liệu: dBase, cơ sở dữ liệu bên trong.
 Cấu trúc dữ liệu: Non-topological Vector, dữ liệu thuộc tính, dữ liệu bảng
biểu.
 Đơn giản, dễ sử dụng.
 Phù hợp với mô hình quy mô nhỏ.

 Khả năng tạo lập bản đồ chuyên đề mạnh và phong phú (hơn hẳn các
phần mềm GIS khác).
 Khả năng giàn trang in và in rất thuận lợi.
 Khả năng giao tiếp với các phần mềm GIS khác tốt.


20

 Cấu trúc định dạng file mở hỗ trợ cho việc phát triển các ứng dụng
chuyên sâu.
 Khả năng xây dựng dữ liệu bản đồ số (khía cạnh số hóa bản đồ) yếu.
2. Công nghệ ESRI [22]
ESRI-Environmental Systems Research Institute () là Viện
nghiên cứu môi trường, ra đời năm 1969 ở Mỹ. Sản phẩm nổi tiếng của hãng là bộ
sản phẩm ArcGIS đang dần trở thành công cụ GIS được sử dụng nhiều nhất trên
thế giới bởi những tính năng rất mạnh của nó trong việc xử lý dữ liệu không gian.
Ra đời từ rất sớm nhưng thực sự phải đến cuối những năm 90, sản phẩm
ArcGIS mới thực sự du nhập vào Việt Nam, mà hiện nay sản phẩm mới nhất của
nó là ArcGIS 9x ra đời vào cuối năm 2004.
Với những thế mạnh của nó như vậy, hiện nay ở Việt Nam, việc sử dụng và
khai thác những thế mạnh của ArcGIS đang được các bộ, ban, ngành, và các địa
phương sử dụng rộng rãi cho mục đích phát triển kinh tế xã hội và nghiên cứu. Và
trong một tương lai không xa, nó sẽ dẫn thay thế các sản phẩm về GIS khác
Đầu tiên, dữ liệu được biên soạn thành đối tượng ứng dụng, mất rất nhiều thời
gian cho công việc tạo cơ sở dữ liệu GIS và tri thức về địa lý. Dần dần, các chuyên
gia GIS đã bắt đầu sử dụng và khai thác những tập hợp tri thức có được trong
nhiều các ứng dụng GIS. Người sử dụng ứng dụng sáng kiến ra trạm làm việc GIS
để tạo ra các tập dữ liệu địa lý (geographic dataset), xây dựng luồng công việc cho
dữ liệu, biên dịch, quản lý chất lượng, bản quyền bản đồ và các mô hình phân tích
và các tài liệu liên quan. Đó là điều kiện để GIS sử dụng cùng với trạm làm việc

chuyên nghiệp để kết nối với dataset và database. Trạm làm việc bao gồm các ứng
dụng GIS, sự cải tiến các công cụ của GIS đã được sử dụng để hoàn thành hầu hết
các thao tác GIS.
Khái niệm của phần mềm GIS đã được chứng minh rộng rãi bởi các chuyên gia
GIS trong gần 200 nghìn tổ chức trên khắp thế giới. Ngoại trừ một vài ý tưởng của
GIS trong mô hình máy tính hiện đại clien/server đã rất thành công thì càng ngày
tầm nhìn của GIS càng được mở rộng. Gần đây, sự phát triển của máy tính, sự
bùng nổ của Internet, tiến bộ của kỹ thuật DBMS, ngôn ngữ lập trình hướng đối
tượng, sự lan rộng của GIS đã làm mở rộng thêm tầm nhìn cho GIS. Trong điều
kiện GIS desktops, GIS software tập trung trong Application servers và Web
servers để phân phát GIS tới một số người sử dụng trên mạng.
Người sử dụng GIS kết nối tới trung tâm GIS chủ như Web browsers với thiết
bị máy tính di động, thiết bị số.
Sơ đồ dưới sẽ chỉ ra các sản phẩm GIS trong dòng sản phẩm ArcGIS.


21


Hình 1.5:ArcGIS là hệ thống phần mềm GIS đầy đủ.
ArcGIS cung cấp trạm làm việc mở rộng được cho việc thực thi GIS cho một
hoặc nhiều người sử dụng trên PC, trên server hay Web. ArcGIS là tập hợp đồng
nhất của sản phẩm phần mềm GIS cho việc xây dựng GIS hoàn chỉnh. Nó bao
gồm một số frameworks cho việc triển khai GIS:
 ArcGIS Desktop - là một bộ phận của chương trình GIS chuyên nghiệp
 ArcGIS Engine - Gắn các thành phần cho việc xây dựng các ứng dụng
GIS cho khách hàng.
 Server GIS - ArcSDE®, ArcIMS®, ArcGIS Server
 Mobile GIS - ArcPad® giống như ArcGIS Desktop and ArcGIS Engine
cho máy PC

ArcGIS là cơ sở cho ArcObjects™, thư viện modul chương trình để chia sẻ với
thành phần của phần mềm GIS.
ArcObjects bao gồm các thành phần chương trình mở rộng, các đối tượng nhỏ
như đối tượng hình học tới đối tượng lớn như đối tượng bản đồ cùng với tài liệu
ArcMap.
Mỗi sản phẩm ArcGIS cùng với ArcObject biểu diễn sự phát triển ứng dụng
phân mềm GIS bao gồm: desktop GIS (ArcGIS Desktop), embedded GIS (ArcGIS
Engine) và server GIS (ArcGIS Server).


22


Hình 1.6: Cấu trúc ArcObjects
ArcGISEngine:
GIS có thể lựa chọn thành phần ứng dụng để phân phát các hàm GIS tới một
vài nơi trong một tổ chức. Điều này cho phép truy cập tới các hàm của GIS bởi
một vài người, những người cần tính năng của ứng dụng GIS trong công việc
thường ngày của họ. ArcGIS Engine cung cấp một dãy giao diện người sử dụng.
Ví dụ như: Map Control và Globe Control, chúng có thể được sử dụng để tương
tác với bản đồ. Cùng với ArcGIS Engine, người phát triển có thể xây dựng các
hàm GIS sử dụng C++, Component Object Model (COM), .NET, or Java. Người
phát triển có thể xây dựng các ứng dụng cùng với ArcGIS Engine hoặc gắn vào
GIS những ứng dụng đã tồn tại như Microsoft® Word hoặc Excel.

Hình 1.7: Sử dụng ArcGIS Engine gắn vào GIS trong ứng dụng
ArcGIS Engine là ví dụ về môi trường lập trình ứng dụng cho ArcObjects.
ArcGIS Engine Developer Kit là sản phẩm riêng biệt cung cấp chuỗi các biểu đồ

23

thành phần ArcGIS sử dụng bên ngoài ArcGIS Desktop trong môi trường ứng
dụng Framework. Sử dụng ArcGIS Engine Developer Kit phát triển xây dựng
khung nhìn GIS cùng với giao diện để truy nhập các chức năng của GIS hoặc có
thể gắn vào GIS các ứng dụng đã có để triển khai GIS tới nhóm người sử dụng.
ArcGIS Engine có COM, .NET, Java, và C++ (API).
ArcGIS Engine là thư viện đầy đủ các thành phần GIS cho việc xây dựng, phát
triển ứng dụng. Sử dụng ArcGIS Engine, bạn có thể đưa các chức năng GIS vào
ứng dụng gồm Microsoft® Office, Word, Excel .
Cùng với Windows, Solaris, Linux (Intel), người phát triển có thể tạo ra các
ứng dụng truy cập chéo (cross-platform) cho người sử dụng trên một phạm vi
rộng.
ArcGIS Engine có năm thành phần chính:
1. Base Services – GIS ArcObjects đòi hỏi hầu hết ứng dụng GIS những đặc
trưng hình học và cách hiển thị
2. Data Access-ArcGIS Engine cung cấp sự đa dạng về định dạng vector và
raster
3. Map Presentation-ArcObjects tạo và hiển thị nhãn, biểu tượng
4. Developer Components-High điều khiển giao diện người sử dụng cho
phát triển ứng dụng và trợ giúp hệ thống cho việc hoàn thiện ứng dụng.
5. Extensions-ArcGIS Engine Runtime triển khai cùng với chức năng chuẩn
hoặc cùng với điều kiện mở rộng cho các chức năng nâng cao.
Các công nghệ khác
Ngoài 2 công nghệ phổ biến đã được nêu ở trên, để phát triển và ứng dụng
công nghệ GIS trong các lĩnh vực đời sống xã hội còn rất nhiều các công nghệ ứng
dụng khác như sau:
 DolGIS Sản phẩm của DolSoft ra đời năm 1991.

 GeoTools-Các công cụ phát triển mã nguồn mở của GIS trong Java.

 MapWindow GIS: Miễn phí, Phát triển các ứng dụng mã nguồn mở.


Như vậy, nếu sử dụng CSDL GIS để lưu trữ thì các đối tượng cần quản lý sẽ
được lưu trữ thống nhất cả dạng hình học và thuộc tính vào bên trong các bảng dữ
liệu, và bản thân CSDL GIS cũng cung cấp một cơ chế quản lý để liên kết giữa các
thông tin thuộc tính với các đối tượng hình học với nhau. Đây là một lợi thế rất lớn
trong các hệ thống CSDL GIS hiện đại mà các CSDL khác không có được.
Xuất phát từ xu hướng công nghệ, những điểm mạnh trong từng dòng sản
phầm, hệ thống WDMS đã được lựa chọn và phát triển trên nền tảng ArcGIS.


24

Và cũng xuất phát từ những thế mạnh trong việc quản lý, xử lý, lưu trữ dữ liệu,
sự đơn giản khi sử dụng, và giao diện phần mềm thân thiện, phần mềm WDMS có
đầy đủ các chức năng mà các phần mềm khác trước đó đã phát triển, đồng thời còn
có thêm nhiều tính năng khác nữa mà trong khuôn khổ của luận văn này không thể
liệt kê ra được. Do vậy tác giả đã chọn mô hình cấp nước DAN-VAND và phần
mềm WDMS, trong đó có module “Đăng ký đường ống” để trình bày trong luận
văn.




25

CHƯƠNG 2
MÔ HÌNH CƠ SỞ DỮ LIỆU DAN-VAND VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN
TÍCH THIẾT KẾ HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG

2.1 Mô hình cơ sở dữ liệu DAN-VAND
Xuất phát từ kinh nghiệm làm việc từ các dự án cấp thoát nước tại các quốc gia
Đan Mạch, Thái Lan, Trung Quốc, Philipines và Việt Nam, công ty WaterTech
(nay đổi tên thành công ty Alectia Aqua) đã phát triển thành mô hình Cơ sở dữ
liệu cho cấp nước với tên gọi DAN-VAND, được hiệp hội cấp thoát nước Đan
Mạch (Danish Water & Sewerage association) công nhận năm 2004, lấy tên từ
tiếng Đan Mạch
Các quy tắc trong mô hình cơ sở dữ liệu DAN-VAND là cơ sở cho các thao tác
quản lý trong hoạt động cấp nước. DAN-VAND đơn thuần là một mô hình dữ liệu
về chuẩn hệ thống đăng ký đường ống nước được sử dụng ở Đan Mạch và hiện
đang được ứng dụng vào quản lý cấp nước tại Malaysia.
Một trong những mục đích chính của mô hình DAN-VAND là tạo ra một
chuẩn thống nhất cho liên kết và trao đổi dữ liệu. Việc trao đổi dữ liệu này cũng
phải phù hợp với hệ thống không hỗ trợ GIS. Chính vì vậy, sẽ có các trường dữ
liệu về tọa độ và trường để lưu các đối tượng hình học trong các bảng dữ liệu. Dữ
liệu hình học được mô tả trong đó là các điểm nối (Nodes) và các đường ống dẫn
nước (Pipes)
Có 3 thành phần cơ bản nhất trong mô hình dữ liệu DAN-VAND gồm có
những đối tượng sau:
 Đường ống dẫn nước (Pipes)
 Các điểm nối (Nodes) của các ống nước
 Các thiết bị (Components) được gắn trên các điểm nối, như van khóa-mở
nước(valve), đồng hồ đo nước (meter), các mối nối, các điểm lắp đặt,
bơm tăng - giảm áp…
Quan hệ hình học giữa các đối tượng:

Hình 2.1: Mô hình quan hệ giữa đường ống(Pipe), điểm nối(Node )và thiết bị lắp đặt(Component)
Đường ống

Điểm nối

Thiết bị
• Van
• Dữ liệu Van
Thiết bị
• Bể chứa
• Dữ liệu bể chứa
Thiết bị
• Thiết bị hình chữ T
• Dữ liệu
Điểm nối kép
1 - n
Điểm nối đơn
1 - 1