phương pháp luận xây dựng cơ cở dữ liệu phục vụ nghiên cứu ô nhiễm dầu trên biển

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA ĐỊA LÝ





NGUYỄN KIM ANH

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC



PHƯƠNG PHÁP LUẬN XÂY DỰNG
CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU
Ô NHIỄM DẦU TRÊN BIỂN






Hà Nội, 10/2011



2
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA ĐỊA LÝ

NGUYỄN KIM ANH


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC


PHƯƠNG PHÁP LUẬN XÂY DỰNG
CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU
Ô NHIỄM DẦU TRÊN BIỂN



Ngành : Bản đồ, Viễn thám và Hệ thông tin địa lý
Khóa : 2009-2011
Mã ngành : 60.44.76
Giáo viên hướng dẫn: PGS. TS. Nguyễn Đình Dương

Hà Nội, 10/2011
4
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
1. Lý do lựa chọn đề tài 13
2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài 14
2.1 Mục tiêu 14
2.2 Nhiệm vụ 14
3. Phạm vi nghiên cứu 15
3.1 Phạm vi không gian 15

3.2 Phạm vi thời gian 15
4. Phương pháp nghiên cứu 15
5. Cơ sở tài liệu thực hiện đề tài 16
6. Ý nghĩa khoa học và thự
c tiễn của đề tài 16
7. Các kết quả dự kiến đạt được của đề tài 17
8. Cấu trúc luận văn 17
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN MỘT SỐ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 19
1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu xây dựng CSDL phục vụ nghiên cứu ô nhiễm
dầu trên thế giới và ở Việt Nam 19
1.1.1 Trên thế giới 19
1.1.2 Trong nước 25
1.2 Tổng quan về chia sẻ cơ sở dữ liệu GIS qua hệ thống GIS Server 27
1.2.1 Các thành phần của hệ thống GIS Server 27
1.2.1.1 Máy chủ GIS ( GIS server) 28
1.2.1.2 Máy chủ Web ( Web Server) 29
1.2.1.3 Máy Khách ( Clients) 29
1.2.1.4 Dữ liệu máy chủ (Data Server) 29
1.2.1.5 Quản lý và quản trị ( Manager and ArcCatalog administrators) 29
1.2.1.6 Máy tác giả tài nguyên GIS (ArcGIS Desktop content authors) 30
5
1.2.2 Các ứng dụng của ArcGIS Server 30
1.2.2.1 Chia sẻ tài nguyên 30
1.2.2.2 Tạo ứng dụng Web 33
1.2.2.3 Tạo ứng dụng GIS trên điện thoại di dộng 34
1.3 Khái quát về vị trí địa lý và tình hình ô nhiễm dầu trên biển Đông 35
1.3.1 Vị trí địa lý 35
1.3.2 Tình hình ô nhiễm dầu 36
CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP LUẬN XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ
NGHIÊN CỨU Ô NHIỄM DẦU TRÊN BIỂN 41

2.1 Đánh giá kết quả xây dựng CSDL đề tài KC.09.22/06-10 41
2.1.1 Đánh giá về số liệu sử dụng 41
2.1.2 Đánh giá về phương pháp xây dựng 42
2.1.3 Đánh giá mức độ hiện đại của sản phẩm so với trong nước và trên thế giới 42
2.2 Đề xuấ
t phương pháp luận tối ưu xây dựng CSDL phục vụ nghiên cứu ô nhiễm
dầu trên biển 44
2.2.1 Đề xuất phương pháp xây dựng CSDL 44
2.2.1.1 Quy trình công nghệ xây dựng CSDL 44
2.2.1.2. Lựa chọn công nghệ sử dụng 46
2.2.1.3. Thiết kế nội dung và cấu trúc cơ sở dữ liệu 46
2.2.2 Đề xuất phương pháp chia sẻ tài nguyên cơ sở dữ liệu 55
2.2.2.1 Chia sẻ tài nguyên CSDL đa ng
ười dùng 58
2.2.2.2 Chia sẻ thông tin ô nhiễm dầu 59
CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU Ô NHIỄM
DẦU CHO VÙNG BIỂN VIỆT NAM VÀ BIỂN ĐÔNG 61
3.1 Thiết kế xây dựng cơ sở dữ liệu 61
3.1.1 Hệ qui chiếu 61
3.1.2.1 Lớp CSDL nền cơ bản 61
3.1.2.2 Lớp CSDL về các cơ sở khai thác chế biến dầu khí 68
6
3.1.2.3. Lớp CSDL về các sự cố tràn dầu trong quá khứ 70
3.1.2.4 Lớp CSDL giao thông vận tải biển 72
3.1.2.5 Lớp CSDL vùng có nguy cơ ô nhiễm dầu 74
3.1.2.6 Lớp CSDL về các hoạt động kinh tế - xã hội ven biển 76
3.1.2.7 Lớp CSDL thông tin bổ trợ 79
3.1.2.8 Lớp CSDL về điều kiện khí tượng thủy văn biển 81
3.1.2.9 Lớp thông tin tổng hợp phục vụ phân tích vết dầu trên ảnh siêu cao tần 84
3.2 K

ết quả xây dựng cơ sở dữ liệu trong phần mềm ArcSDE 85
3.2.1 Lớp thông tin nền 86
3.2.2 Lớp thông tin về cơ sở khai thác chế biến dầu khí 87
3.2.3 Lớp thông tin về các sự cố tràn dầu trong quá khứ 89
3.2.4 Lớp thông tin về giao thông vận tải biển 90
3.2.5 Lớp thông tin về vùng có nguy cơ ô nhiễm dầu 92
3.2.6 Lớp thông tin về hoạt động kinh tế - xã hội dải ven biển 93
3.2.7 Các lớp thông tin bổ trợ 94
3.2.8 Lớp thông tin cơ sở dữ liệu ảnh siêu cao tần 96
3.2.9 Lớp thông tin điều kiện khí tượng thủy hải văn 97
3.2.10 Lớp thông vết dầu trên tư liệu vệ tinh 99
3.2.11 Lớp thông tin phục vụ phân tích vết dầu trên ảnh siêu cao tần 100
3.3 Chia sẻ cơ sở dữ liệu cho đa người dùng 103
3.3.1 Chia sẻ tài nguyên CSDL thông qua dịch vụ chia sẻ dữ liệu 103
3.3.2 Chia sẻ tài nguyên CSDL thông qua ứng dụng Web 104
KẾT LUẬN 106
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 107
TÀI LIỆU THAM KHẢO 108
7
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
CSDL Cơ sở dữ liệu GIS Geographical Infomation
System
Hệ thống thông tin địa lý
SCTD Sự cố tràn dầu SQL Structured Query Language
Ngôn ngữ truy vấn mang tính
cấu trúc
KTTV Khí tượng thủy văn URL Universal Resource Locator
Siêu liên kết tham chiếu tới địa
chỉ nguồn trên Internet
MT Môi trường LAN Local Area Network

Mạng máy tính cục bộ
ECS East China Sea
Biển Đông Trung Quốc
WAN Wide Area Network
Mạng diện rộng
SCS South China Sea
Biển Nam Trung Hoa
(Biển Đông)
SOM Server Objects Manager
Các đối tượng máy chủ quản lý
IWS Image Web Server SOC Sever Object Containers
Các đối tượng máy chủ chứa
Web
ADF
Web Application
Developer Framework
Web
API
Web Application Developer
Interface
IMO International Maritime
Organization

8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Các thông tin mô tả các sự cố thể biểu diễn trực tuyến 20
Hình 1.3 Hệ thống CSDL sự cố tràn dầu trên biển Địa Trung Hải phát hiện từ dữ
liệu SAR 20

Hình 1.4 Bản đồ mật độ sự cố tràn dầu trên biển địa Trung Hải được phát hiện từ

9000 cảnh ảnh SAR với số lượng vụ tràn dầu là 5.530 vụ 21

Hình 1.5 Sơ đồ của hệ thống OCEANIDES 22
Hình 1.6 Sơ đồ tổng thể dữ liệu ảnh vệ tinh các sự cố tràn dầu thuộc khu vực Tây
bắc Thái Bình Dương 23

Hình 1.7 Cơ sở dữ liệu ảnh vệ tinh cùng các sự cố tràn dầu thuộc khu vực Tây bắc
Thái Bình Dương 23

Hình 1.8 Mô hình chia sẻ dữ liệu hãng kongsberg trong dự án Oceanides 24
Hình 1.9 CSDL dầu tràn của hãng Kongsberg trong dự án Oceanides 25
Hình 1.10 Kiến trúc một hệ thống ArcGIS Server 28
Hình 1.11 Trang ArcGIS Server Manager và các tính năng ứng dụng 31
Hình 1.12 Ví dụ về chia sẻ một dịch vụ 33
Hình 1.13 Một ví dụ tạo ứng dụng Web có sử dụng hyperlink để liên kết ảnh 33
Hình 1.14 Các tính năng bản đồ và tìm kiếm không gian trên điện thoại di động 34
Hình 1.15 Bản đồ biển Đông và khu vực nghiên cứu 36
Hình 1.16 Ước tính ô nhiễm dầu trên toàn cầu do tàu gây ra (triệu tấn/năm) từ IMO
37

Hình 2.1 Chia sẻ tài nguyên CSDL thông qua dịch vụ chia sẻ dữ liệu 58
Hình 2.2 Chia sẻ CSDL và thông tin qua một ứng dụng Web 59
Hình 2.3 Các chức năng hỗ trợ tùy chỉnh dữ liệu trên trang tạo ứng dụng Web 60
Hình 3.1 Hệ thống CSDL xây dựng theo cấu trúc Personal Geodatabase và lưu trữ
trong Database Sever 85

Hình 3.2 Tổ chức các lớp dữ liệu trong lớp thông tin nền 86
Hình 3.3 Thông tin đồ họa lớp ranh giới quốc gia 86
Hình 3.4 Thông tin thuộc tính lớp đường bờ biển 87
9

Hình 3.5 Tổ chức các lớp dữ liệu trong lớp thông tin các cơ sở khai thác chế biến
dầu khí 87

Hình 3.6 Ví dụ lớp thông tin các điểm mỏ dầu ở Việt Nam 88
Hình 3.7 Thông tin thuộc tính lớp điểm mở dầu các nước khác 88
Hình 3.8 Tổ chức các lớp dữ liệu trong lớp thông tin tràn dầu quá khứ 89
Hình 3.9 Ví dụ lớp thông tin các sự cố đắm tàu trong thế chiến thứ II 89
Hình 3.10 Ví dụ thông tin thuộc tính lớp sự cố tràn dầu 90
Hình 3.11 Tổ chức dữ liệu của các lớp thông tin về giao thông vận tải biến 90
Hình 3.12 Lớp thông tin về các cảng biển 91
Hình 3.13 Ví dụ bảng thông tin thuộc tính lớp cảng biển 91
Hình 3.14 Ví dụ lớp thông tin phân vùng nguy cơ ô nhiễm 92
Hình 3.15 Ví dụ bảng thông tin thuộc tính lớp phân vùng nguy cơ ô nhiễm 93
Hình 3.16 Ví dụ lớp thông vùng sinh thái 93
Hình 3.17 Ví dụ thông tin thuộc tính của lớp các khu kinh tế, đô thị hóa ven biển.94
Hình 3.18 Cấu trúc các lớp dữ liệu trong lớp thông tin bổ trợ 94
Hình 3.19 Lớp thông tin bể trầm tích 95
Hình 3.20 Ví bụ thông tin thuộc tính lớp bể trầm tích 95
Hình 3.21 Cấu trúc các lớp thông tin trong lớp CSDL ảnh vệ tinh 96
Hình 3.22 Lớp thông tin sơ đồ ảnh vệ tinh Alos Palsar 2008 96
Hình 3.23 Ví dụ bảng thông tin thuộc tính lớp thông tin ảnh vệ tinh Alos Palsar
2008 97

Hình 3.24 Cấu trúc các lớp thông tin điêu kiện khí tượng thủy hải văn 97
Hình 3.25 Ví dụ lớp thông tin trường gió ở dạng raster 98
Hình 3.26 Ví dụ lớp thông tin về trường sóng dạng raster 98
Hình 3.27 Ví dụ lớp thông tin trường nhiệt ở dạng raster 99
Hình 3.28 Cấu trúc các lớp thông tin trong lớp vết dầu trên tư liệu vệ tinh 99
Hình 3.29 Ví dụ Lớp thông tin vết dầu trên ảnh vệ tinh 100
Hình 3.30 Các vết dầu bị biến đổi trên mặt biển 101

10
Hình 3.31 Các vết dầu phổ biến được mô tả trong tệp Excel 101
Hình 3.32 Các vết dầu giả được mô tả trong tệp Excel 102
Hình 3.33 Chia sẻ tài nguyên dữ liệu qua dịch vụ chia sẻ dữ liệu 103
Hình 3.34 CSDL sơ đồ ảnh vệ tinh được chia sẻ qua một ứng dụng Web 104
Hình 3.35 CSDL khai thác chế biến dầu khí được chia sẻ qua ứng dụng Web 104
11
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Các kiểu dịch vụ và yêu cầu tài nguyên GIS tương ứng 31
Bảng 1.2 Thống kê phân bố và xả thải của các giếng dầu khí Trung Quốc năm 2000
38

Bảng 1.3 Cường độ thải của các nguồn vào biển Việt Nam 38
Bảng 1.4 Các sự cố tràn dầu lớn ở Bà Rịa - Vũng Tàu 39
Bảng 2.1 Các lớp thông tin nền cơ bản 48
Bảng 2.2 Các lớp thông tin về các cơ sở khai thác chế biến dầu khí 49
Bảng 2.3 Các lớp thông tin về các sự cố tràn dầu trong quá khứ trên vùng biển Đông
và biển Việt Nam 49

Bảng 2.4 Các lớp thông tin về giao thông vận tải biển 50
Bảng 2.5 Các lớp thông tin về các hoạt động kinh tế - xã hội ven biển 51
Bảng 2.6 Các lớp thông tin về điều kiện khí tượng thủy văn biển 52
Bảng 2.7 Thông tin viễn thám bổ trợ cho phân tích vết dầu trên biển 53
Bảng 2.8 Các lớp thông tin bổ trợ 54
Bảng 3.1 Cấu trúc thông tin lớp ranh giới quốc gia 62
Bảng 3.2 Cấu trúc thông tin lớp đường cơ sở 62
Bảng 3.3 Cấu trúc thông tin lớp đường bờ biển 63
Bảng 3.4 Cấu trúc thông tin lớp ranh giới lãnh hải 64
Bảng 3.5 Cấu trúc thông tin lớp ranh giới vùng tiếp giáp lãnh hải 64
Bảng 3.6 Cấu trúc thông tin lớp ranh giới vùng đặc quyền kinh tế 65

Bảng 3.7 Cấu trúc thông tin lớp ranh giới thềm lục địa 66
Bảng 3.8 Cấu trúc thông tin lớp địa chất biển 67
Bảng 3.9 Cấu trúc thông tin lớp phân vùng địa mạo biển 67
Bảng 3.10 Cấu trúc thông tin lớp địa hình đáy biển 67
Bảng 3.11 Cấu trúc thông tin lớp điểm mỏ dầu của Việt Nam và các nước khác 68
Bảng 3.12 Cấu trúc lớp thông tin nhà máy chế biến hóa dầu Việt Nam và các nước
lân cận 69

12
Bảng 3.13 Cấu trúc thông tin lớp tính chất lý hóa của một số loại dầu và sản phẩm
hóa dầu phổ biến 69

Bảng 3.14 Cấu trúc thông tin lớp các sự cố ô nhiễm dầu trong quá khứ 71
Bảng 3.15 Các cấp độ tràn dầu 71
Bảng 3.16 Các kiểu sự cố tràn dầu 72
Bảng 3.17 Cấu trúc lớp thông tin các sự cố đắm tàu 72
Bảng 3.18 Cấu trúc thông tin lớp cảng biển 72
Bảng 3.19 Cấu trúc lớp thông tin các tuyến giao thông nội địa 73
Bảng 3.20 Cấu trúc lớp thông tin các tuyến giao thông quốc tế 74
Bảng 3.21 Cấu trúc thông tin lớp vùng có nguy cơ ô nhiễm dầu 75
Bảng 3.22 Cấu trúc lớp thông tin lớp các điểm dân cư vùng ven biển 76
Bảng 3.23 Cấu trúc lớp thông tin lớp các khu công nghiệp vùng ven biển 76
Bảng 3.24 Cấu trúc lớp thông tin lớp các khu kinh tế, đô thị hóa trên dải ven biển 77
Bảng 3.25 Cấu trúc lớp thông tin lớp các khu vực nuôi trồng đánh bắt thủy hải sản77
Bảng 3.26 Cấu trúc thông tin lớp sinh thái khu vực ven bờ 78
Bảng 3.27 Cấu trúc lớp thông tin các khu du lịch, dịch vụ ven biển 78
Bảng 3.28 Cấu trúc thông tin lớp các khu vực làm muối 78
Bảng 3.29 Cấu trúc thông tin lớp các bể trầm tích 79
Bảng 3.30 Cấu trúc thông tin lớp các điểm lộ dầu 79
Bảng 3.31 Cấu trúc thông tin lớp gió mùa Đông Bắc và Tây Nam 79

Bảng 3.32 Cấu trúc thông tin lớp dòng chảy biển tháng 1 và tháng 6 80
Bảng 3.33 Cấu trúc thông tin lớp các vết dầu được giải đoán từ ảnh vệ tinh 80
Bảng 3.34 Cấu trúc thông tin lớp mật độ vết dầu 81
Bảng 3.35 Cấu trúc thông tin viễn thám bổ trợ cho phân tích vết dầu trên biển 82
Bảng 3.36 Cấu trúc lớp thông tin các trạm quan trắc khí tượng 83
13
MỞ ĐẦU
1. Lý do lựa chọn đề tài
Ô nhiễm dầu trên biển hiện nay đang là vấn đề thời sự được dư luận đặc biệt
quan tâm. Gần đây, hàng loạt các vụ tràn dầu không rõ nguồn gốc trên vùng biển
Việt Nam và biển Đông được phát hiện. Điển hình như các vụ từ tháng 12 năm
2006 đến cuối tháng 04 năm 2007 đã gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường
sinh thái và thiệt hại nặ
ng về kinh tế - xã hội. Vùng biển Việt nam, nơi được coi là
một trong những địa điểm nhộn nhịp nhất về hoạt động giao thông vận tải và khai
thác dầu khí sẽ có nguy cơ cao về ô nhiễm dầu. Việc xác định nguồn gốc, mức độ ô
nhiễm, sự phân bố ô nhiễm, xu thế của quá trình ô nhiễm cùng nhiều vấn đề phức
tạp khác đang là đề tài được các nhà khoa học, nhà qu
ản lý chuyển môn và xã hội
đặc biệt quan tâm.
Ô nhiễm dầu có nhiều đặc thù riêng. Để phát hiện ra nguồn gốc ô nhiễm dầu đòi
hỏi cần có một hệ thống quan trắc thường xuyên, kể từ lúc phát hiện ra vết dầu,
trong một thời gian rất ngắn các thông tin sơ bộ về vết dầu cần phải được xác định
và tính toán. Kết hợp với các thông tin như điều kiện khí tượ
ng hải văn, thông tin
vùng bờ và các thông tin bổ trợ khác, báo cáo và dự báo về sự cố ô nhiễm dầu cần
phải được xây dựng và cung cấp kịp thời cho các cơ quan có liên quan để ra các
lệnh ứng phó cần thiết. Để thỏa mãn những đòi hỏi cấp bách đó, yêu cầu cần phải có
sẵn một hệ thống cơ sở dữ liệu (CSDL) phục vụ cho việc phát hiện, phân vùng và
tính toán dự báo lan truyề

n ô nhiễm dầu.
Trong thời gian từ năm 2008 đến năm 2010, đề tài khoa học cấp Nhà nước: “Ô
nhiễm dầu trên vùng biển Việt Nam và biển Đông, mã số: KC.09.22/06-10” đã
được triển khai thành công. Một trong các nhiệm vụ của đề tài là xây dựng được cơ
sở dữ liệu hỗ trợ công tác giám sát, phát hiện sớm vết dầu trên biển, tính toán và dự
báo lan truyền vết dầu và công tác ứng phó sự cố tràn dầu. Tuy nhiên, do thời gian
có hạn và không có điều kiện nghiên cứu một cách hệ thống các vấn đề liên quan
cho nên mặc dù các sản phẩm đã được xây dựng và đáp ứng được nhiệm vụ đặt ra
nhưng về căn bản các vấn đề lý luận khoa học vẫn chưa được tổng kết.
14
Xuất phát từ thực tế đó, học viên chọn đề tài: “Phương pháp luận xây dựng cơ
sở dữ liệu phục vụ nghiên cứu ô nhiễm dầu trên biển”.
2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài
2.1 Mục tiêu
• Xác lập cơ sở khoa học và phương pháp luận tối ưu xây dựng CSDL
phục vụ nghiên cứu ô nhiễm dầu trên biển trong điều kiện thực tế ở
Việt Nam
• Xây dựng quy trình và phương thức khai thác hợp lý nội dung thông
tin và dữ liệu phục vụ công tác phát hiện, dự báo và giám sát hiện
trạng ô nhiễm dầu trên biển.
2.2 Nhiệm vụ
Để đạt được các mục tiêu đề ra luận vặn phải triển khai thực hiện các nhiệm vụ sau:
• Đánh giá lại công tác xây dựng CSDL đề tài KC.09.22/06-10 đã thực
hiện nhằm tối ưu hóa các số liệu sẵn có
• Nghiên cứu phương pháp luận tối ưu xây dựng CSDL phục vụ nghiên
cứu ô nhiễm dầu trên biển
• Xây dựng được cơ sở dữ liệu hoàn thiện phục vụ nghiên cứu ô nhiễm
dầu trên biển theo phương pháp đã đề xuất
• Bước đầu chia sẻ cơ sở dữ liệu đã xây dựng cho vùng biển Việt Nam
và biển Đông qua hệ thống mạng với sự trợ giúp của công nghệ

Arcgis Server.
15
3. Phạm vi nghiên cứu
3.1 Phạm vi không gian
Khu vực được chọn trong luận văn là vùng biển Việt Nam và biển Đông, một
trong những cửa ngõ của hoạt động giao thông vận tải và là nơi có các hoạt động
khai thác và chế biến dầu khí nhộn nhịp nhất sẽ có nguy cơ cao về ô nhiễm dầu.
Về giới hạn địa lý, vùng nghiên cứu nằm trong phạm vi từ 1
0
đến 25
o
vĩ bắc và
từ 99
0
đến 121
o
độ kinh đông.
3.2 Phạm vi thời gian
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 2010.
4. Phương pháp nghiên cứu
Đề tài đã kết hợp giữa các phương pháp truyền thống và hiện đại. Có thể liệt kê
một số phương pháp được sử dụ
ng trong quá trình thực hiện đề tài là:
• 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 ô nhiễm dầu 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 và giảm được đáng kể công sức
• 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: trên cơ sở tìm hiểu những công trình
nghiên cứu, đề tài, dự án liên quan đến nội dung đề tài, tiến hành tổng
hợp, đánh giá các kỹ thuật và lý luận, cơ sở của việc ứng dụng công
nghệ GIS trong nghiên cứu tràn dầu
• Phương pháp GIS: Đây là mục tiêu chính của đề tài, Phương pháp
GIS được sử dụng để biểu diễn đồ họa, hiển thị thông tin và xem xét
chúng một cách toàn diện. Các chuẩn dữ liệu và những nguyên tắc
16
xây dựng dữ liệu theo cấu trúc Personal Geodatabase cùng nhiều kỹ
thuật GIS khác sẽ được tích hợp sử dụng để xây dựng CSDL phục vụ
nghiên cứu ô nhiễm dầu trên biển.
5. Cơ sở tài liệu thực hiện đề tài
Để đề xuất được cơ sở khoa học và phương pháp luận tối ưu xây dựng CSDL
phục vụ nghiên cứu ô nhiễm dầu trên biển, học viên cần nghiên cứu một cách có h
ệ
thống các công nghệ hiện đại, mô hình tối ưu nhất trên thế giới đã công bố và ở Việt
Nam đang ứng dụng đến đâu. Dựa trên điều kiện Việt Nam học viên đề xuất
phương pháp luận phù hợp để xây dựng CSDL và có tính khả thi cao.
Nghiên cứu ô nhiễm dầu cần có một hệ thống số liệu lớn và phải có tính kế thừa
các kết quả nghiên c
ứu đã được công nhận nên học viên dựa trên bộ số liệu đã được
xây dựng trong khuôn khổ Đề tài cấp Nhà nước: Ô nhiễm dầu trên vùng biển Việt
Nam và biển Đông, mã số KC.09.22/06-10 do PGS. TS. Nguyễn Đình Dương và
nhóm cộng sự Viện Địa lý, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam xây dựng. Trên
cơ sở đó hoàn thiện về mặt lý luận khoa học, xây dựng thành một hệ cơ sở dữ
liệu
hoàn thiện, hiện đại.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học: Góp phần xây dựng cơ sở khoa học và phương pháp luận

trong việc nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ phục vụ nghiên cứu ô nhiễm dầu
trên biển.
- Ý nghĩa thực tiễn: Cơ sở dữ liệu và hệ thống chia sẻ dữ liệu được xây dựng có
ý nghĩa quan trọ
ng trong công tác phối hợp giữa các cơ quan đơn vị để thực hiện
các mục tiêu như nâng cao chất lượng quản lý, hiệu quả các công tác cứu hộ cứu
nạn cũng như theo dõi, quan trắc môi trường. Với một hệ thống cơ sở dữ liệu đa
người dùng có thể cho một tập thể cán bộ làm việc trên quy mô tập trung hay phân
tán. Bên cạnh đó, hệ thống chia sẻ cở sở d
ữ liệu thông qua ứng dụng Web cũng đã
góp phần truyền tải thông tin ô nhiễm dầu, cho người dùng không chuyên nghiệp về
GIS cũng có thể khai thác sử dụng và chỉnh sửa thông tin trực tuyến thông qua trình
duyệt Web.
17
7. Các kết quả dự kiến đạt được của đề tài
- Tổng quan về các phương pháp xây dựng và chia sẻ cơ sở dữ liệu phục vụ
nghiên cứu ô nhiễm dầu trên biển dựa trên nền tảng GIS và WebGIS
- Phương pháp luận tối ưu xây dựng CSDL phục vụ phục nghiên cứu ô nhiễm
dầu trên biển
- CSDL và hệ thống chia sẻ dữ liệu phục vụ nghiên cứu ô nhiễm dầ
u trên vùng
biển Việt Nam và biển Đông.
8. Cấu trúc luận văn
Bố cục của luận văn gồm: phần mở đầu, 3 chương, phần kết luận, kiến nghị và tài
liệu tham khảo với khối lượng 111 trang, 53 hình, 48 bảng.
18
LỜI CẢM ƠN
Đề tài luận văn là một lĩnh vực mới và phức tạp, thời gian nghiên cứu không
nhiều, trình độ kiến thức cũng như kinh nghiệm của bản thân cũng cần nghiên cứu
nhiều hơn và tích lũy dần. Do đó, luận văn không tránh khỏi những thiếu xót. Rất

mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các chuyên gia, các nhà khoa
học, các thầy, cô giáo và các bạn đồng nghiệp
để kết quả của luận văn hoàn thiện và
có tính ứng dụng cao.
Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới PGS. TS. Nguyễn Đình Dương,
trưởng phòng Nghiên cứu và Xử lý thông tin Môi trường, Viện Địa lý, Viện Khoa
học và Công nghệ Việt Nam, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo tác giả trong
suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện luận văn.
19
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN MỘT SỐ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu xây dựng CSDL phục vụ nghiên cứu ô
nhiễm dầu trên thế giới và ở Việt Nam
Ô nhiễm dầu trên biển là một vấn đề mã tính, nó được ví như một câu chuyện
không có hồi kết. Cho đến thời điểm này, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu, xây
dựng hệ thống giám sát và cảnh báo sớm ô nhiễm dầu trên biển với công nghệ
tiên
tiến, hiện đại. Trong đó, có sự đóng góp của viễn thám và GIS.
CSDL phục vụ cho nghiên cứu ô nhiễm dầu trên biển với những đòi hỏi toàn
diện từ xây dựng, biểu diễn, tìm kiếm đến chỉnh sửa đa phương tiện và điều quan
trọng là cảnh báo phải phát tán nhanh và rộng. Trong bối cảnh đó, công nghệ GIS
đã làm hài lòng các nghiên cứu.
1.1.1 Trên thế giới
Dự án tràn dầu Midiv của Châu Âu v
ới hai báo cáo “The way forward: Towards
a European Atlas and Database” và “Developping an harmonised oil spill
reporting”, Oceanides Final Workshop, JRC - Annalia Bernardini, European
Commission, Joint Research, Institute for the protection and Security of the Citizen,
25-26 October và Nov, 2005 đã trình bày cách thức xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu
tràn dầu trực tuyến qua hệ thống GIS Server. GIS Server với một công cụ quản lý
GIS, ArcIMS được cài đặt bên ngoài tường lửa. Trang web bao gồm các chức năng:

Zoom đồ họa, truy vấn thuộc tính; Biểu diễn bản đồ kết hợp với nhiều thông tin bổ
trợ khác: sóng, gió, dòng chảy, mạng lưới hàng h
ải,…;Oracle db cài đặt bên trong
tường lửa giúp quản trị hệ cơ sở dữ liệu; ArcSDE cho GIS có khả năng truyền thông
kết nối an toàn; Tools : Công cụ để thực thi các cơ sở dữ liệu. Mô hình này đã được
dự án Midiv nghiên cứu đề xuất và đã ứng dụng để xây dựng dữ liệu tràn dầu cho
tất cả các biển thuộc Châu Âu: biển Baltic, biển Bắc, biển Địa Trung Hải và biển
Đ
en. Với tổng số vụ tràn dầu được thống kê qua vệ tinh, trên không và từ tàu lên tới
17.650 vụ. Số liệu này đã được thu thập từ năm 1998 cho đến khi kết thúc dự án
cuối năm 2005. Theo đó, các tác giả đã xây dựng một hệ thống cơ sở dữ liệu tràn
dầu trực tuyến và thành lập hệ thống các bản đồ mật độ tràn dầu cho năm vùng biển,
chi tiết có th
ể xem tại Website Oceanides ( ). Có thể nói, đây
20
là một sản phẩm hoàn thiện và hiện đại. Trong đó, đã thể hiện rõ quy luật phân bố ô
nhiễm dầu trên các vùng biển được thống kê từ một khối lượng ảnh SAR lớn.
Người dùng có thể tìm kiếm thông tin, truy vấn và xem trực tuyến, thậm chí có thể
tùy chỉnh thành bản đồ riêng cùng với các dữ liệu về gió, sóng và các tuyến hàng
hải từ hệ thống. Một vài ví dụ về hệ thống c
ơ sở dữ liệu xem hình 1.1, 1.2 và 1.3.

Hình 1.1 Các thông tin mô tả các sự cố thể biểu diễn trực tuyến

Hình 1.2 Hệ thống CSDL sự cố tràn dầu trên biển Địa Trung Hải phát hiện từ
dữ liệu SAR
21

Hình 1.3 Bản đồ mật độ sự cố tràn dầu trên biển địa Trung Hải được phát hiện
từ 9000 cảnh ảnh SAR với số lượng vụ tràn dầu là 5.530 vụ

Trong một báo cáo khác cũng trong khuôn khổ của dự án Midiv: “GMES
OCEANIDES: Report on harmonised oil spil lreporting system” được cung cấp bởi
QinetiQ cho Ủy ban châu Âu theo Hợp đồng số EVK2-CT-2002-00177, đã mô tả
chi tiết cơ sở dữ liệu tràn dầu qua hệ thống mạng. Mục tiêu chính củ
a OCEANIDES
là sự phát triển hài hoà của một hệ thống giám sát tràn dầu, hệ thống báo cáo có khả
năng tích hợp, lưu trữ và biểu diễn dữ liệu tràn dầu có sẵn. Một hệ thống được phát
triển thông qua giám sát, phát hiện và đánh giá sự cố tràn dầu. Báo cáo thực hành
trong khuôn khổ các hoạt động hợp tác với các tổ chức hiện đang tham gia trong
giám sát tràn dầu. Dựa trên hợp tác và đánh giá này, một báo cáo được chuẩn hóa
danh pháp
đã được thống nhất cùng với một hệ thống lưu trữ dữ liệu và siêu dữ liệu
tràn dầu. Xây dựng, biểu diễn và truyền tải dữ liệu được tràn dầu đã được kích hoạt
bằng cách sử dụng hệ thông tin địa lý. Hệ thống bản đồ dựa trên giao diện web. Hệ
thống báo cáo sự cố tràn dầu được thiết kế và thực hiện với m
ục đích tối ưu hóa các
thông tin có sẵn, cho phép phát triển những phân tích sâu hơn và đầy đủ hơn về bản
chất của sự cố tràn dầu trong vùng biển của Châu Âu. Có thể tham khảo tại địa chỉ


22


Hình 1.4 Sơ đồ của hệ thống OCEANIDES
Trong một dự án khác có tên CEARAC được thực hiện bởi sự kết hợp của bốn
nước thành viên khu vực Tây bắc Thái Bình Dương (NOWPAP) gồm: Trung Quốc,
Nhật Bản, Hàn Quốc và Liên Bang Nga, thuộc chương trình môi trường biển của
Liên Hiệp Quốc, với mục tiêu giám sát, quản lý và phát triển bền vững môi trường
ven biển của khu vực. Dự án này đã xây dựng được mộ
t cơ sở dữ liệu lớn ảnh vệ

tinh, các sự cố tràn dầu được thu bởi nhiều vệ tinh khác nhau, (hình 1.5 và 1.6). Các
dữ liệu ảnh cùng các báo cáo phân tích chi tiết về các sự cố tràn dầu có thể xem trực
tuyến và tải về làm tài liệu tham khảo tại địa chỉ:
( />). Điều đáng nói ở đây là trong các báo cáo
phân tích khá kỹ lưỡng về sự khác nhau của dấu hiệu các vết dầu với các báo động
giả trên ảnh SAR nó sẽ là tài liệu tham khảo hữu ích cho các chuyên gia phân tích
và phát hiện vết dầu trên biển trên tư liệu viễn thám siêu cao tần. Sản phẩm CSDL
của dự án còn cung cấp nhiều thông tin bổ trợ khác như địa hình đáy biển, đường
bờ, độ sâu, trường sóng,….cho phép người sử
dụng có thể phân tích phối hợp nhiều
thông tin để đưa ra những đánh giá tin cậy.
23

Hình 1.5 Sơ đồ tổng thể dữ liệu ảnh vệ tinh các sự cố tràn dầu thuộc khu vực
Tây bắc Thái Bình Dương

Hình 1.6 Cơ sở dữ liệu ảnh vệ tinh cùng các sự cố tràn dầu thuộc khu vực Tây
bắc Thái Bình Dương
24
Trong bài báo: “Assessing the increasing risk of marine oil pollution spills in
China”, Lisa Woolgar, Techincal Support Co-ordinator-International Tanker
oweners Pollution Federation, London, Anh, Hội thảo quốc tế về dầu năm 2008.
Tác giả đã xem xét các rủi ro liên quan đến sự phát triển và gia tăng của giao thông
vận tải biển và các mối đe dọa của sự cố tràn dầu trên vùng biển Trung Quốc. Trong
đó, tác giả dựa trên nền tảng GIS biểu diễn đồ họa, hiển thị thông tin về các dữ liệu
quá khứ từ tàu chở dầu, CSDL sự cố tràn dầu, tích hợp thêm bộ dữ liệu về nhạy cảm
của các địa phương ven biển để có thể đánh giá được những rủi ro về ô nhiễm dầu
một cách toàn diện hơn và trình bày thông tin tổng hợp hiệu quả
.
Hãng Kongsberg đã xây dựng một hệ thống hoàn thiện từ giám sát, phát hiện

đến cảnh báo và ứng phó đối với sự cố tràn dầu. Trong đó một CSDL hiện đại hỗ
trợ việc cảnh báo đã được xây dựng trên nền tảng GIS thông qua hệ thống Sensor
Web GIS. Từ hệ thống những tin nhắn thông báo về các sự cố ô nhiễm dầu có thể
gửi đến các cơ quan có liên quan qua tin nhắn điện tho
ại, qua email và qua hệ thống
mạng máy tính. Ngay lập tức, một báo chi tiết về sự cố được hệ thống thiết lập để
gửi đi chuẩn bị cho các hoạt động ứng phó cần thiết. Chi tiết tham khảo tại Website:



Hình 1.7 Mô hình chia sẻ dữ liệu hãng kongsberg trong dự án Oceanides
25


Hình 1.8 CSDL dầu tràn của hãng Kongsberg trong dự án Oceanides
1.1.2 Trong nước
Ở Việt Nam đã có một số công trình nghiên cứu, xây dựng cơ sở dữ liệu phục
vụ cho nghiên cứu ô nhiễm dầu trên biển ở các quy mô và khía cạnh khác nhau, tiêu
biểu có thể kể đến một số công trình:
Dự án: Xây dựng phần mềm OILSAS (Oil Spill Assisstant System/Software) và
hệ cơ sở dữ liệu phục vụ công tác cảnh báo, tư vấn và đánh giá thiệt hại do sự
cố
tràn dầu tại Khánh hòa-giai đoạn 1, Nguyễn Hữu Nhân, 2004. Sản phẩm của dự án
gồm: Phần mềm trợ giúp quản lý SCTD OILSAS và Cơ sở dữ liệu đầu vào gồm:
• Dữ liệu về địa hình bờ, đáy biển và các thông số địa lý, địa chất liên
quan đến vết dầu loang trên biển ven bờ Khánh Hòa;
• Cơ sở dữ liệu về khí tượng hải văn;
• Dữ liệu về sự độc hại các dầu mỏ đối với một số đối tượng nuôi trồng,
khai thác quan trọng của vùng biển Khánh Hòa;
26

• Cơ sở dữ liệu và các bản đồ về nguồn lợi hải sản biển Khánh Hòa và
thuyết minh
• Bản đồ hiện trạng nuôi trồng thủy sản ven bờ hải đảo Khánh Hòa và
thuyết minh;
• Báo cáo khoa học về LC
50
và EC
50
của những sản phẩm chính của
dầu mỏ lên tôm sú và một số đối tượng khác.
Tuy nhiên, dự án vẫn còn một số vấn đề cần tiếp tục được hoàn thiện gồm:
• Bài toán tối ưu hóa công tác ứng phó SCTD và giảm thiểu tác động
• Nâng cao hiệu quả phần mềm OILSAS cho người dùng phải trong quá
trình tác nghiệp.
• Một vấn đề khác nữa là tính toán thiệt hại MT và kinh tế-xã hội do
SCTD chưa được giải quyết tốt do CSDL về giá trị trước mắt và lâu dài của
nguồn lợi và kinh tế-xã hội có độ tin cậy thấp, thậm chí hoàn toàn không có
số liệu. Đây cũng là tình hình chung của thế giới, trong đó có Việt Nam. Khi
độ tin cậy của sô liệu chưa cao thì kết quả thông tin có giá trị sử dụng thấp.
• Có được một CSDL biên KTTV tin cậy khi SCTD xảy ra cũng là một
thách thức không nhỏ. Nếu chất lượng số liệu chỉ riêng về gió và dòng chảy
biển kém, kết quả dự báo về sự lan truyền và phong hóa dầu trên OILSAS sẽ
sai lệch với thực tế, do đó các kiến nghị tư vấn trong ứng phó SCTD sẽ sai
lệch, rất nguy hiểm. Nhưng dự báo chính xác gió là vấn đề không đơn giản.
Nhiệm vụ nhà nướ
c: “Quan trắc ô nhiễm dầu trên biển bằng công nghệ viễn
thám”, 2008 của Cục Bảo vệ Môi trường - Bộ Tài nguyên và Môi trường trong đó
đơn vị thực hiện chính là Trung tâm Quan trắc và Thông tin Môi trường có mục tiêu
là sử dụng công nghệ viễn thám kết hợp với GIS thử nghiệm theo dõi, giám sát các
vị trí trên biển có khả năng phát sinh ô nhiễm dầu phục vụ công tác quản lý và kiểm

soát môi trường biển bằng việc sử dụng k
ết hợp tư liệu quang học MODIS và tư
liệu viễn thám radar bao gồm tư liệu vệ tinh ALOS PALSAR và ENVISAT ASAR
được thu chụp để theo dõi định kỳ, còn tư liệu RADARSAT sẽ được đặt mua trong
trường hợp có sự cố tràn dầu khẩn cấp. Một CSDL hỗ trợ cũng đã bước đầu được
xây dựng. Tuy nhiên, học viên không có điều kiện để tiếp cận trực tiếp với CSDL.