Luận văn thạc sĩ công nghệ thông tin Mô hình dữ liệu không gian áp dụng cho mạng lưới cấp nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
***



LÝ THẮNG CƯỜNG


MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN
ÁP DỤNG CHO MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC


LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN








Đồng Nai, Năm 2013
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG

LÝ THẮNG CƯỜNG








MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN ÁP DỤNG
CHO MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC



Chuyên ngành: Công nghệ thông tin

Mã số: 60480201




LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. TRẦN VĨNH PHƯỚC



Đồng Nai, năm 2013



LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện luận văn này, tôi đã nhận
được sự hướng dẫn tận tình của giảng viên hướng dẫn khoa học Thầy
PGS.TS. Trần Vĩnh Phước. Tôi xin tỏ lòng biết ơn chân thành Thầy đã tận
tình giúp đỡ, truyền thụ những kiến thức quý báu giúp tôi vượt qua được
những khó khăn để hoàn thành đề tài.
Xin cảm ơn quý thầy cô giảng dạy lớp cao học Công nghệ thông tin khóa
2 cùng tất cả các thầy cô Khoa Công nghệ thông tin trường Đại học Lạc Hồng
đã truyền thụ những kiến thức bổ ích để phục vụ cho công việc sau này và
trong quá trình thực hiện luận văn.
Xin cảm ơn Ban lãnh đạo Công ty TNHH một thành viên cấp nước Đồng
Nai đã tạo điều kiện tốt cho tôi được được tiếp cận nghiên cứu thực tế công
tác quản lý, vận hành mạng lưới cấp nước. Đặc biệt là gia đình, bạn bè, đồng
nghiệp và các bạn học viên lớp Cao học khóa 2 ngành Công nghệ thông tin đã
ủng hộ, động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và
thực hiện đề tài.

Đồng Nai, tháng 09 năm 2013
Người thực hiện luận văn
Lý Thắng Cường

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn “Mô hình dữ liệu không gian áp dụng cho
mạng lưới cấp nước” này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu sử dụng trong luận văn và các kết quả nghiên cứu được trình bày
trong luận văn là trung thực.


Đồng Nai, tháng 9 năm 2013

Học
viên


Lý Thắng Cường

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Thành phần dữ liệu là thành phần rất quan trọng nó chiếm nhiều thời
gian và kinh phí khi xây dựng một hệ thống ứng dụng GIS. Giá trị hệ thống
phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác, tính lịch sử và tính thời sự của dữ liệu.
Việc quản lý dữ liệu theo thời gian, lưu lại lịch sử thay đổi của thông tin cũng
như có một mô hình dữ liệu không gian phù hợp là rất cần thiết.
Đề tài “Mô hình dữ liệu không gian áp dụng cho mạng lưới cấp nước"
tập trung nghiên cứu các mô hình dữ liệu không gian, cơ sở dữ liệu không
gian Geodatabase về các vấn đề như các đối tượng không gian, các thành
phần dữ liệu, cấu trúc dữ liệu, mối quan hệ topo giữa các đối tượng. Từ đó đề
xuất một mô hình dữ liệu thích hợp cho mạng lưới cấp nước nhằm góp phần
đa
́
p ư
́
ng ca
́
c nhu cầu thư
̣
c tế trong công ta
́
c qua
̉
n ly

́
ma
̣
ng lươ
́
i cấp nươ
́
c t ại
Công ty Cấp nước Đồng Nai.
Từ khóa: Mô hình dữ liệu không gian, Geodatabase, mạng lưới cấp
nước.

















MỤC LỤC

Trang
LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN
TÓM TẮT LUẬN VĂN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1
1.2 TÍNH CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1
1.3 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2
1.3.1 Mục đích nghiên cứu 2
1.3.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2
1.3.2.1 Đối tượng nghiên cứu 2
1.3.2.2 Phạm vi nghiên cứu 2
1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3
1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3
1.6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN 4
1.7 CẤU TRÚC LUẬN VĂN 4
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 6
2.1 GIỚI THIỆU VỀ GIS 6
2.1.1 Các thành phần của GIS 7
2.1.2 Một số ứng dụng của GIS 8
2.2 MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 10
2.2.1 Đối tượng không gian 11
2.2.2 Phân loại đối tượng không gian 12
2.2.3 Mô hình dữ liệu không gian raster, vector 13

2.2.3.1 Mô hình raster 13
2.2.3.2 Mô hình vector 14
2.2.4 Dữ liệu thuộc tính 15
2.2.4.1 Thuộc tính không gian 16
2.2.4.2 Thuộc tính phi không gian 16
2.3 CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 16
2.3.1 Cấu trúc dữ liệu raster 17
2.3.1.1 Mô tả cấu trúc 17
2.3.1.2 Dạng hình học và tính topo của dữ liệu raster 18
2.3.2 Cấu trúc dữ liệu vector 20
2.3.2.1 Cấu trúc Spaghetti 20
2.3.2.2 Cấu trúc Topology 21
2.3.3 Cấu trúc TIN 23
2.3.4 Quan hệ topology giữa các đối tượng không gian 23
2.4 CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN TRONG SQL SERVER 24
2.4.1 Kiểu dữ liệuGeography 25
2.4.2 Kiểu dữ liệu Geometry 25
2.4.3 Sự khác nhau giữa 2 kiểu dữ liệu 27
2.5 CƠ SỞ DỮ LIỆU KHÔNG GIAN GEODATABASE 29
2.5.1 Đặc điểm và các loại Geodatabase 29
2.5.1.1 Single-User Geodatabase 30
2.5.1.2 Multiuser Geodatabase 30
2.5.1.3 Tính năng đa người dùng trong Geodatabase 31
2.5.1.4 Lưu trữ trong hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ 33
2.5.2 Các đối tượng dữ liệu trong Geodatabase 35
2.5.3 Biểu diễn dữ liệu trong Geodatabase 38
2.5.3.1 Biểu diễn các đối tượng vector 38
2.5.3.2 Biểu diễn đối tượng dạng lưới với raster 39
2.5.3.3 Biểu diễn bề mặt với TIN 40
2.5.4 Tổ chức dữ liệu bên trong Geodatabase 40

2.5.4.1 Geodatabase 40
2.5.4.2 Geographic dataset 40


2.5.4.3 Object classes 41
2.5.4.4 Feature classes và Topology 41
2.5.4.5 Relationship class 41
2.5.5 Mô hình mạng trong Geodatabase 42
2.5.5.1 Geometry network 42
2.5.5.2 Logical Network 43
2.5.5.3 Các quy tắc kết nối 44
CHƯƠNG 3 : MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN ÁP DỤNG CHO MẠNG
LƯỚI CẤP NƯỚC 47
3.1 ĐẶC ĐIỂM CỦA DỮ LIỆU ĐƯỜNG ỐNG CẤP NƯỚC 47
3.2 ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH DỮ LIỆU MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC 50
3.2.1 Nhóm chuyên đề đường ống 51
3.2.2 Nhóm chuyên đề thiết bị cơ sở 51
3.3 CẤU TRÚC DỮ LIỆU CỦA MẠNG LƯỚI ĐƯỜNG ỐNG CẤP NƯỚC 52
3.3.1 Các lớp đối tượng của nhóm chuyên đề đường ống 52
3.3.1.1 Lớp đường ống 52
3.3.1.2 Lớp ống truyền dẫn 53
3.3.1.3 Lớp ống phân phối 53
3.3.1.4 Lớp ống nhánh 54
3.3.2 Các lớp đối tượng nhóm thiết bị cơ sở 55
3.3.2.1 Lớp thiết bị cơ sở 55
3.3.2.2 Lớp ống nối 56
3.3.2.3 Lớp trụ cứu hỏa 56
3.3.2.4 Lớp đồng hồ 57
3.3.2.5 Lớp đồng hồ tổng 57
3.3.2.6. Lớp đồng hồ con 58

3.3.2.7 Lớp Van 59
3.3.2.8 Lớp van hệ thống 59
3.3.2.9 Lớp van điều khiển 60
3.4 THIẾT KẾ MÔ HÌNH DỮ LIỆU 62
3.4.1 Mô tả chi tiết các lớp không gian 62
3.4.2 Mô tả các đối tượng dữ liệu thuộc tính 67


3.4.3 Mô hình dữ liệu 69
CHƯƠNG 4: CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM 72
4.1 CÀI ĐẶT MÔ HÌNH XUỐNG HỆ QUẢN TRỊ CSDL. 72
4.2 KHAI THÁC THỬ NGHIỆM DỮ LIỆU 76
KẾT LUẬN 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO



DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

CNTT
Công nghệ thông tin
Công nghệ thông tin
CSDL
Cơ sở dữ liệu
Cơ sở dữ liệu
ESRI
Environmental Systems Research
Institute
Viện nghiên cứu môi trường
Hoa Kỳ

GIS
Geographic Information systems
Hệ thống thông tin địa lý
MHDL
Mô hình dữ liệu
Mô hình dữ liệu

RDBMS
Relational Database Management
System
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu
quan hệ





DANH MỤC BẢNG

Bảng
Mô tả
Trang
Bảng 2.1
Các kiểu dữ liệu không gian trong SQL server (2008)
26
Bảng 2.2
Kiểu dữ liệu không gian trong các hệ quản trị CSDL
35
Bảng 3.1
Thuộc tính lớp đường ống

62
Bảng 3.2
Thuộc tính ống truyền dẫn
62
Bảng 3.3
Thuộc tính lớp ống phân phối
63
Bảng 3.4
Thuộc tính lớp ống nhánh
63
Bảng 3.5
Thuộc tính lớp thiết bị cơ sở
64
Bảng 3.6
Thuộc tính lớp van
64
Bảng 3.7
Thuộc tính lớp van hệ thống
64
Bảng 3.8
Thuộc tính lớp van điều khiển
65
Bảng 3.9
Thuộc tính lớp đồng hồ
65
Bảng 3.10
Thuộc tính lớp đồng hồ tổng
65
Bảng 3.11
Thuộc tính lớp đồng hồ con

66
Bảng 3.12
Thuộc tính lớp ống nối
66
Bảng 3.13
Thuộc tính lớp trụ cứu hỏa
67
Bảng 3.14
Thuộc tính các đối tượng thuộc tính
67















DANH MỤC HÌNH
Hình
Mô tả
Trang
Hình 2.1

Các thành phần của GIS
7
Hình 2.2
Từ thế giới thực đến mô hình không gian và mô hình dữ liệu
không gian.
10
Hình 2.3
Đối tượng điểm
11
Hình 2.4
Đối tượng đường
11
Hình 2.5
Đối tượng vùng
11
Hình 2.6
Đối tượng bề mặt
11
Hình 2.7
Đối tượng khối
12
Hình 2.8
Phân loại đối tượng không gian
12
Hình 2.9
Từ mô hình đến định dạng tệp tin dữ liệu không gian
16
Hình 2.10
Điểm trong cấu trúc raster
18

Hình 2.11
Đường trong cấu trúc raster
18
Hình 2.12
Vùng trong cấu trú raster
18
Hình 2.13
Hướng chảy trong raster
19
Hình 2.14
Đường bao trong raster
19
Hình 2.15
Nút trong raster
19
Hình 2.16
Điểm, Đường, Vùng trong cấu trúc vector
20
Hình 2.17
Cấu trúc Spaghetti
20
Hình 2.18
Điểm, đường, vùng trong cấu trúc topology
21
Hình 2.19
Cấu trúc topology của đối tượng địa lý
22
Hình 2.20
Quan hệ không gian giữa các đối tượng địa lý
23

Hình 2.21
Các kiểu dữ liệu không gian trong SQL Server
25
Hình 2.22
Single-user Geodatabase
30
Hình 2.23
Multiuser Geodatabase
30
Hinh 2.24
Versioning trong Geodatabase
31
Hình 2.25
Geodatabase Replication
32
Hình 2.26
Geodatabase Archiving
32
Hình 2.27
Sự kết hợp Geodatabase và RDBMS
33
Hình 2.28
Tổ chức dữ liệu của Geodatabase
42
Hình 2.29
Lớp đối tượng mạng trong Geodatabase
43
Hình 2.30
Ví dụ về Edge-junction rule
44

Hình 2.31
Ví dụ về Edge-edge rule
45
Hình 2.32
Ví dụ về Edge-junction cardinality rule
45
Hình 2.33
Ví dụ về Default junction rule
46


Hình 3.1
Hệ thống cấp nước
47
Hình 3.2
Sơ đồ mạng lưới cấp nước cụt
48
Hình 3.3
Sơ đồ mạng lưới cấp nước vòng
48
Hình 3.4
Quan hệ giữa đường ống và thiết bị lắp đặt
49
Hình 3.5
Nhóm chuyên đề đường ống
52
Hình 3.6
Mô tả lớp DuongOng
52
Hình 3.7

Mô tả lớp OngTruyenDan
53
Hình 3.8
Mô tả lớp OngPhanPhoi
54
Hình 3.9
Mô tả lớp OngNhanh
54
Hình 3.10
Nhóm chuyên đề thiết bị cơ sở
55
Hình 3.11
Mô tả lớp thiết bị
55
Hình 3.12
Mô tả lớp OngNoi
56
Hình 3.13
Mô tả lớp TruCuuHoa
57
Hình 3.14
Mô tả lớp DongHo
57
Hình 3.15
Mô tả lớp DongHoTong
58
Hình 3.16
Mô tả lớp DongHoCon
58
Hình 3.17

Mô tả lớp Van
59
Hình 3.18
Mô tả lớp VanHeThong
60
Hình 3.19
Mô tả lớp VanDieuKhien
61
Hình 3.20
Mô hình cơ sở dữ liệu mạng lưới cấp nước mức logic
70
Hình 3.21
Mô hình cơ sở dữ liệu mức vật lý
71
Hình 4.1
Xuất mô hình thiết kế ra file định dạng xml
72
Hình 4.2
Tạo Geodatabase bằng ArcSDE
73
Hình 4.3
Kết nối đến CSDL CapNuoc lưu trong SQL server
73
Hình 4.4
Import mô hình vào CSDL bằng công cụ Schema Wizard
74
Hình 4.5
MHDL được cài đặt xuốngCSDL dưới góc nhìn ArcCatalog
74
Hình 4.6

MHDL được cài đặt xuống CSDL dưới góc nhìn SQL server
75
Hình 4.7
Tải dữ liệu vào CSDL bằng Simple Data Loader
75
Hình 4.8
Hiển thị thông tin cấp nước trên nền bản đồ địa chính
76
Hình 4.9
Xem thuộc tính đồng hồ con
77
Hình 4.10
Xem dữ liệu đường ống phân phối
77
Hình 4.11
Xem thông tin đồng một đồng hồ con
78
Hình 4.12
Thông tin đường ống phân phối
78
Hình 4.13
Tìm kiếm đồng hồ con
79
Hình 4.14
Tìm kiếm ống phân phối
79
Hình 4.15
Hiển thị tên thuê bao đồng hồ
80

1


CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Nƣớc sạch và sử dụng nƣớc sạch là nhu cầu thiết yếu của con ngƣời, kể
cả trong xã hội nguyên thủy đến xã hội hiện đại nhƣ ngày nay. Nƣớc là nguồn
tài nguyên thiên nhiên vô cùng quý giá đối với mỗi quốc gia, là tƣ liệu sản
xuất đặc biệt, là thành phần quan trọng hàng đầu của môi trƣờng sống, ảnh
hƣởng trực tiếp đến cuộc sống hàng ngày và chất lƣợng cuộc sống của các địa
bàn khu dân cƣ cũng nhƣ sự phát triển của kinh tế, xã hội và an ninh quốc
phòng.
Trong công cuộc đổi mới, công nghiệp hoá, hiện đại hóa đất nƣớc, nền
kinh tế chuyển sang nền kinh tế hàng hóa nhiều thành phần phát triển theo cơ
chế thị trƣờng kéo theo nhu cầu sử dụng nƣớc ngày càng tăng lên một cách
nhanh chóng, tình hình biến động dân cƣ của các địa phƣơng trong cả nƣớc
cũng ngày một đa dạng và phức tạp. Đặc biệt, ở các khu vực đang đô thị hóa
nhu cầu sử dụng nƣớc sạch ngày càng cấp thiết. Vì vậy ngành cấp nƣớc cần
phải có một công cụ quản lý, cập nhật thông tin, dữ liệu một cách thƣờng
xuyên, đầy đủ và chính xác.
Với sự phát triển vƣợt bậc của công nghệ thông tin đã đƣa tin học thâm
nhập sâu vào nhiều lĩnh vực kinh tế, xã hội. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là
một trong những ứng dụng rất có giá trị của công nghệ tin học, việc nghiên
cứu và phát triển ứng dụng dựa trên nền tảng công nghệ GIS sẽ giúp ta xây
dựng một hệ thống thông tin cấp nƣớc phục vụ hiệu quả công tác quản lý
mạng lƣới và tài sản cấp nƣớc.
1.2 TÍNH CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trong cuộc sống của đô thị hiện đại, việc thiết kế và xây dựng một hệ

thống quản lý cấp nƣớc cần phải đáp ứng đƣợc các yêu cầu về sự phát triển
tăng lên một cách nhanh chóng của dân cƣ và hệ thống cơ sở hạ tầng để làm
sao trong một khoảng thời dài, hệ thống vẫn có thể đáp ứng đƣợc một cách tối
2

đa khả năng cung cấp nƣớc sạch và không bị ảnh hƣởng bới sự thay đổi của
kết cấu cơ sở hạ tầng.
Ở nƣớc ta, đặc biệt là các thành phố lớn Mạng lƣới cấp nƣớc rất đa dạng
về chủng loại, lắp đă
̣
t phân tán trên di ện rô
̣
ng, gây nhiều khó khăn cho công
tác quản lý, vận hành và bảo quản ta
̀
i sa
̉
n cấp nƣơ
́
c . Công tác quản lý dữ liệu
về mạng lƣới cấp nƣớc trƣớc đây chủ yếu dùng phƣơng pháp lƣu trữ thủ công,
không nhất quán và khó tra cứu. Những năm gần đây ngành cấp nƣớc đã đẩy
mạnh việc ứng dụng GIS vào công tác quản lý của mình.
Nhận thức tầm quan trọng của dữ liệu GIS trong một hệ thống GIS, đề
tài “Mô hình dữ liệu không gian áp dụng cho mạng lƣới cấp nƣớc" đƣợc
nghiên cứu nhằm góp phần đa
́
p ƣ
́
ng ca

́
c nhu cầu thƣ
̣
c tế trong công ta
́
c qua
̉
n
lý mạng lƣới cấp nƣớc.
1.3 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu:
Thiết kế và Xây dựng mô hình cơ sở dữ liệu không gian cho mạng lƣới
cấp nƣớc để thu thập, cập nhật, xử lý và hiển thị thông tin cần thiết trên máy
tính.
Cài đặt thử nghiệm mô hình trên một phần dữ liệu hiện trạng của Công
ty Cấp nƣớc Đồng Nai.
1.3.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
1.3.2.1 Đối tượng nghiên cứu
- Mô hình dữ liệu không gian khả dụng cho hệ thống mạng lƣới cấp
nƣớc.
- Quy định áp dụng chuẩn thông tin địa lý cơ sở quốc gia (Ban hành kèm
Quyết định số 06/2007/QĐ-BTNMT ngày 27/02/2007 của Bộ trƣởng Bộ Tài
nguyên và Môi trƣờng).
1.3.2.2 Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi về nội dung nghiên cứu

3

Luận văn đi sâu nghiên cứu các quy định về chuẩn thông tin địa lý cơ sở
và các hƣớng dẫn việc tạo lập, chỉnh lý, quản lý và khai thác Geodatabase để

từ đó nghiên cứu xây dựng mô hình dữ liệu không gian áp dụng cho mạng
lƣới cấp nƣớc.
Phạm vi về lãnh thổ nghiên cứu
Đề tài giới hạn nghiên cứu dữ liệu quản lý thực tế về mạng lƣới cấp nƣớc
trên địa bàn thành phố Biên Hòa - tỉnh Đồng Nai.
1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu tổng quan về mô hình dữ liệu không gian, cơ sở dữ liệu
không gian.
- Đặc điểm của dữ liệu mạng lƣới đƣờng ống cấp nƣớc.
- Đề xuất mô hình dữ liệu mạng lƣới cấp nƣớc; cấu trúc dữ liệu của mô
hình.
- Cài đặt thử nghiệm trên một phần dữ liệu hiện trạng của Công ty Cấp
nƣớc Đồng Nai.
1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Để thực hiện đề tài tác giả áp dụng các phƣơng pháp nghiên cứu sau:
- Phƣơng pháp tổng quan tài liệu: Từ các nguồn tài liệu khác nhau.
- Phƣơng pháp phân tích và so sánh: Phân tích áp dụng chuẩn thông tin địa lý
cơ sở quốc gia và các văn bản pháp quy về quản lý cấp nƣớc, đồng thời
nghiên cứu đúc kết kinh nghiệm từ các phần mềm quản lý mạng lƣới cấp
nƣớc hiện có.
- Phƣơng pháp khảo sát và thu thập số liệu: Khảo sát các quy trình tác nghiệp
có liên quan đến công tác quản lý mạng lƣới cấp nƣớc; thu thập số liệu về khu
vực nhƣ bản đồ quy hoạch, địa bàn dân cƣ, cụm công nghiệp
- Phƣơng pháp xử lý số liệu
- Phƣơng pháp chuyên gia: Áp dụng mô hình Geodatabase trong việc thiết kế
CSDL không gian. Nghiên cứu, ứng dụng các công nghệ nền để phát triển hệ
4

thống nhƣ: ArcGIS Desktop, ArcSDE, ArcGIS Engine của ESRI; Visual
Studio.Net, hệ quản trị CSDL Microsoft SQL.

1.6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN
Việc xây dựng mô hình dữ liệu không gian cho mạng lƣới cấp nƣớc
trên nền tảng công nghệ GIS là tiền đề quan trọng để hƣớng đến hoàn thiện hệ
thống thông tin về hệ thống cấp nƣớc phục vụ công tác quản lý mạng lƣới và
tài sản cấp nƣớc trên môi trƣờng công nghệ hiện đại, khoa học học thay thế
cho phƣơng thức quản lý truyền thống (quản lý trên giấy).
Luận văn xây dựng phƣơng pháp luận và xây dựng mô hình dữ liệu dựa
trên cơ sở quy định, quy chuẩn hiện hành về lĩnh vực cấp nƣớc sạch tại Việt
Nam, tích hợp thí điểm dữ liệu thực tế tại Công ty Cấp nƣớc Đồng Nai, tỉnh
Đồng Nai nên có thể ứng dụng cho các đơn vị cấp nƣớc khác.
1.7 CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN
Nội dung trình bày của luận văn bao gồm các chƣơng sau:
CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU
Nội dung chƣơng này trình bày: đặt vấn đề; tính cần thiết của đề tài;
mục tiêu, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu; nội dung nghiên cứu; phƣơng
pháp nghiên cứu; ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận văn.
CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN
Chƣơng này trình bày tổng quan về hệ thống thông tin địa lý; trình bày
các kiến thức nền về mô hình dữ liệu không gian; cấu trúc của dữ liệu không
gian; cấu trúc dữ liệu không gian trong SQL.
CHƢƠNG 3: MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN ÁP DỤNG CHO MẠNG
LƢỚI CẤP NƢỚC
Nội dung chính của chƣơng này tập trung vào: các kiến thức cơ bản của
ngành cấp nƣớc. Trình bày các đặc điểm của dữ liệu mạng lƣới cấp nƣớc; đề
xuất mô hình dữ liệu; phân tích, thiết kế CSDL cho mô hình.
CHƢƠNG 4: CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM
Nội dung chính của chƣơng này: cài đặt vật lý mô hình dữ liệu lên máy
5

tính; tích hợp dữ liệu thực tế của Công ty cấp nƣớc Đồng Nai để thử nghiệm

mô hình.
KẾT LUẬN
Trình bày kết quả đạt đƣợc của đề tài và hƣớng nghiên cứu tiếp theo.






















6

CHƢƠNG 2:
TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN
2.1 GIỚI THIỆU VỀ GIS (Geographic Information System)

Xuất phát từ những quan điểm, góc độ khác nhau về chức năng, ứng
dụng, hệ thống,… Hệ thống thông tin địa lý - GIS (Geographic Information
System) có những định nghĩa khác nhau nhưng nhìn chung những định nghĩa
sau đây được chấp nhận rộng rãi trong cộng đồng phát triển GIS.
Hệ thống thông tin địa lý GIS là một công cụ tập hợp những quy trình
dựa trên máy tính để lập bản đồ, lưu trữ và thao tác dữ liệu địa lý, phân tích
các sự vật, hiện tượng thực trên trái đất, dự đoán tác động và hoạch định chiến
lược.
GIS là một tập hợp có tổ chức của phần cứng, phần mềm, con người, dữ
liệu và các phương pháp phân tích để thu nhận, lưu trữ, cập nhật, phân tích và
hiển thị tất cả các dạng thông tin địa lý có quan hệ không gian nhằm giải
quyết các sự vật, hiện tượng thực trên trái đất.
GIS là một hệ thống thông tin được thiết kế để làm việc với dữ liệu có
tham chiếu tọa độ địa lý. Nói cách khác, GIS là hệ thống gồm hệ CSDL với
những dữ liệu có tham chiếu không gian và một tập những thuật toán để làm
việc trên dữ liệu đó. (Star and Estes, (1990)).
Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống thông tin bao gồm một số phụ
hệ (subsystems) có khả năng biến đổi các dữ liệu địa lý thành những thông
tin có ích. (Calkins và Tomlinson, (1977); Marble, (1984)).
GIS lưu giữ thông tin về thế giới thực dưới dạng tập hợp các lớp chuyên
đề có thể liên kết với nhau nhờ các đặc điểm địa lý. GIS là một công cụ đa
năng đã được chứng minh là rất có giá trị trong việc giải quyết nhiều vấn đề
thực tế, từ thiết lập tuyến đường, mạng lưới các đường ống phân phối, phân
chia các thửa đất đến lập báo cáo chi tiết cho các ứng dụng quy hoạch hay mô
phỏng các chuyến bay trên toàn cầu.

7

2.1.1 Các thành phần của GIS
Hệ thống thông tin địa lý (GIS) bao gồm các thành phần: Phần cứng

(Hardware), Phần mềm (Software), Dữ liệu (Data), Con người (People) và
Phương pháp phân tích (Analysis).

Hình 2.1: Các thành phần của hệ thống Gis
(nguồn: Michael Zeiler (1999))
 Thiết bị (hardware) gồm: hệ thống máy tính ( Server, Workstation); hệ
thống mạng máy tính (LAN, WAN, internet); các thiết bị ngoại vi
(GPSs, survey devices,
scanners, printers, plotters,…).

 Phần mềm (software): 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 (Data input); lưu trữ và quản lý cơ sở
dữ liệu địa lý (Geographic database); xuất dữ liệu (Display and reporting);
biến đổi dữ liệu (Data transformation); truy vấn và phân tích (Query and
Analysis).
 Dữ liệu (data): Dữ liệu GIS bao gồm dữ liệu không gian và dữ liệu phi
không gian là một thành phần quan trọng trong các hệ thống thông tin địa
lý thường được chia làm hai phần chính là cơ sở dữ liệu nền và cơ sở dữ
liệu chuyên đề.
- Cơ sở dữ liệu nền bao gồm những lớp dữ liệu cần thiết cho hầu hết
8

các hệ thống thông tin địa lý như dữ liệu về lưới tọa độ, dữ liệu về giao
thông, dữ liệu về thủy văn, dữ liệu độ cao, dữ liệu hành chánh, v.v
- Cơ sở dữ liệu chuyên đề bao gồm dữ liệu của các thực thể chuyên
ngành về tài nguyên thiên nhiên, môi trường, cơ sở hạ tầng kỹ thuật, các
chuyên ngành kinh tế xã hội.

 Phân tích (analysis): hay còn gọi là các quy trình xử lý tác nghiệp được
nhà phân tích thiết kế hệ thống xác lập khi xây dựng hệ thống. Một hệ
thống thông tin địa lý cần có tối thiểu các quy trình sau: quy trình nhập dữ
liệu, quy trình lưu trữ dữ liệu, quy trình truy vấn dữ liệu, quy trình xuất dữ
liệu và quy trình hiển thị dữ liệu.
 Con người (people): con người là yếu tố quyết định sự thành công trong
tiến trình kiến tạo hệ thống và sự hữu hiệu của hệ thống trong tiến trình
khai thác vận hành. Từ tiến trình vận hành, khai thác hệ thống, hai nhóm
người đã hình thành: người dùng trong hệ thống (internal users) và người
dùng ngoài hệ thống (external user).
- Người dùng trong hệ thống là một thành phần của hệ thống, đó là
những người làm việc trực tiếp với hệ thống thiết bị phần cứng,
phần mềm, cơ sở dữ liệu.
- Người dùng ngoài hệ thống không phải là thành phần của hệ
thống. Nhóm người này sử dụng kết quả phân tích của hệ thống để
ra quyết định.
2.1.2 Một số ứng dụng của GIS
Từ khi ra đời GIS đã được nhiều ngành, nhiều quốc gia quan tâm
nghiên cứu và ứng dụng. GIS được thiết kế như một hệ thống chung để quản
lý dữ liệu không gian, nhờ những khả năng phân tích và xử lý không gian,
kỹ thuật GIS hiện nay được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực khác
nhau: Các ngành khoa học tự nhiên như quản lý tài nguyên, môi trường, khai
thác khoáng sản, quy hoạch đô thị, Các ngành khoa học xã hội như quản lý
dân số, giới tính, quản lý giáo giục, y tế, Sau đây là một số ứng dụng GIS
9

trong các lĩnh vực tiêu biểu:
Tài nguyên, môi trƣờng: Có rất nhiều ứng dụng đã phát triển trong
những tổ chức quan tâm đến môi trường. Với mức đơn giản nhất thì người
dùng sử dụng GIS để đánh giá môi trường, ví dụ như vị trí và đặc điểm cây

rừng. Ứng dụng GIS với mức phức tạp hơn là dùng khả năng phân tích của
GIS để mô hình hóa các tiến trình xói mòn đất, sự lan truyền ô nhiễm trong
môi trường khí hay nước, phân tích các biến động khí hậu, thủy văn hay quản
lý đất đai, lập quy hoạch sử dụng đất. Nếu những dữ liệu thu thập gắn liền
với đối tượng vùng và ứng dụng sử dụng các chức năng phân tích phức tạp
thì mô hình dữ liệu dạng ảnh (raster) có khuynh hướng chiếm ưu thế.
Chính quyền địa phƣơng: Ứng dụng trong các tổ chức chính quyền là
một trong những lĩnh vực ứng dụng rộng lớn nhất của GIS, bởi vì đây là một
tổ chức sử dụng dữ liệu không gian nhiều nhất. Tất cả các cơ quan của chính
quyền địa phương đều có thể sử dụng các tiện ích của GIS trong việc tìm
kiếm và quản lý thửa đất, bảo dưỡng nhà cửa và đường giao thông. GIS còn
được sử dụng trong các trung tâm điều khiển và quản lý các tình huống khẩn
cấp.
Giao thông vận tải: GIS có khả năng ứng dụng mạnh mẽ trong lĩnh
vực giao thông vận tải. Việc lập kế hoạch và duy trì cở sở hạ tầng giao thông
rõ ràng là một ứng dụng thiết thực, hiện nay một lĩnh vực mới đang được
quan tâm đến là ứng dụng định vị trong vận tải hàng hải, và hải đồ điện tử.
Sự hỗ trợ của GIS rất đáng kể trong loại hình đặc trưng này.
Dịch vụ tài chính ngân hàng: GIS được sử dụng trong lĩnh vực dịch
vụ tài chính tương tự như là một ứng dụng đơn lẻ. Hiện nay việc sử dụng GIS
đang tăng lên trong lĩnh vực này, nó là một công cụ đánh giá rủi ro với độ
chính xác cao những khu vực có độ rủi ro cao nhất hay thấp nhất. Lĩnh vực
này đòi hỏi những dữ liệu cơ sở khác nhau như là địa chất học, thời tiết và
giá trị tài sản.

10



Các dịch vụ điện, nƣớc, gas: Những ứng dụng này trong lĩnh vực này

đòi hỏi những bản đồ số với độ chính xác cao. Để quản lý tốt các đặc điểm và
vị trí của dây cáp, đường ống, van, mô hình dữ liệu vector được áp dụng.
Kinh doanh bán lẻ: GIS thường được dùng để lưu trữ những dữ liệu
về kinh tế - xã hội của khách hàng trong một vùng nào đó. Một vùng thích
hợp cho việc xây dựng một siêu thị có thể được tính toán bởi thời gian đi đến
siêu thị, và phạm vi ảnh hưởng của những siêu thị cạnh tranh.
2.2 MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN
Các thực thể trong thế giới thực được biểu diễn bằng những đối tượng
không gian dưới dạng dữ liệu số bao gồm các thuộc tính không gian và thuộc
tính phi không gian. Các thực thể tồn tại trong thế giới thực còn được gọi là
thực thể không gian.
Đối tượng không gian (spatial object) là những thực thể không gian được
biểu diễn vào trong máy tính.
Mô hình không gian là sự đơn giản hóa thế giới thực, là tập những phần
tử biểu diễn các thực thể không gian trong thế giới thực. Mô hình dữ liệu
không gian tương ứng với tập các nguyên tắc để chuyển thế giới thực thành
các đối tượng không gian được miêu tả một cách Logic.
Trong GIS, dữ liệu về các đối tượng không gian được biểu diễn dưới
dạng nhị phân theo mô hình raster hoặc vector. Mô hình raster biểu diễn các
đối tượng không gian thành những ô lưới bằng nhau gọi là điểm ảnh (pixel),
mỗi điểm ảnh chỉ có một thuộc tính. Trong mô hình vector, các đối tượng
không gian được biểu diễn như những điểm, đường, vùng.
GIS quản lý dữ liệu không gian và phi không gian một cách riêng biệt
và có khả năng liên kết với các hệ quản trị cơ sở dữ liệu bên ngoài.

11


Hình 2.2: Từ thế giới thực đến mô hình không gian và MHDL không gian.
(nguồn: Trần Vĩnh Phước(2003))

2.2.1 Đối tƣợng không gian
Đối tượng không gian là phần tử của tập mô hình không gian tượng
trưng cho các thực thể không gian trong thế giới thực. Trong hệ thống thông
tin địa lý, mỗi thực thể không gian có thể được biểu diễn thành những đối
tượng dạng điểm, đường, vùng, bề mặt hoặc khối.
Biểu diễn các đối tượng không gian trong Gis:

a) Các đối tượng dạng điểm như những địa vật
đặc trưng trong các bản đồ tỉ lệ nhỏ được biểu
diễn trong không gian 0-D


Hình 2.3:Đối tượng điểm
(nguồn: Trần Vĩnh Phước (2009))

b) Các đối tượng dạng đường như tim đường giao
thông được biểu diễn trong không gian 1-D


Hình 2.4:Đối tượng đường
(nguồn: Trần Vĩnh Phước (2009))

c) Các đối tượng có dạng vùng phẳng như sông
hồ được biểu diễn trong không gian 2-D

Hình 2.5:Đối tượng vùng
(nguồn: Trần Vĩnh Phước (2009))
Mô hình
không gian

chứa các
đối tượng
không gian
Thế giới
thực chứa
các thực
thể không
gian
Mô hình dữ
liệu không
gian chứa
dữ liệu của
các đối
tượng
không gian