báo cáo bài tập lớn tin ứng dụng

BÀI TẬP LỚN MÔN TIN HỌC ỨNG DỤNG

LỜI MỞ ĐẦU
Có thể nói, lĩnh vực khoa học công nghệ thông tin (CNTT) đã phát triển với tốc độ
chóng mặt kể từ khi ra đời và góp phần vô cùng to lớn vào cuộc sống xã hội loài
người. Ta có thể điểm qua lịch sử phát triển của lĩnh vực và 1 số thành tựu nổi bật
khoa học công nghệ thông tin như sau:


-

1

Sự ra đời và phát triển của CNTT:
- Sự ra đời máy tính
- Xử lý dữ liệu điện tử
- Cuộc cách mạng điện tử
- Ứng dụng thời gian thực
- Máy tính cá nhân
- Internet
- Phần mềm mã nguồn mở
- Offshoring
- Hội tụ nhiều trong một
- Mạng xã hội
 Một số thành tựu nổi bật của CNTT:
1834 phát minh công cụ phân tích Babbage
- 1874 phát minh máy đánh chữ Remington
- 1884 máy tính cộng Burroughs
- 1896 thành lập TMC (tiền thân IBM sau này)
- 1937 Máy Turing - máy tính lý thuyết
- 1945 máy tính ENIAC , Báo cáo EDVACcủa Von Neumann

- 1948 máy giải mã Colossus
- 1951 UNIVAC và máy tính phục vụ doanh nghiệp LEO phát triển
- 1961 máy tính thế hệ thứ hai
- 1965 Thế hệ thứ ba máy tính mạch tích hợp
- 1969 Arpanet: tiền thân của Internet
- 1971 bộ vi xử lý Intel 8008
- 1975 máy vi tính Altair 8800
- 1979 Apple tạo ra máy tính cá nhân
- 1980 Sinclair ZX80
- 1981 IBM PC phát triển
- 1994 phát minh World Wide Web
- 1994 Windows 95, Lycos, Yahoo!, WebCrawler, và các công cụ tìm kiếm
Alta Vista thành lập


BÀI TẬP LỚN MÔN TIN HỌC ỨNG DỤNG
-

1997 Deep Blue của IBM, RS/6000 32-node siêu máy tính, đánh bại vô địch
cờ vua thế giới Gary Kasparov
1998 Google được thành lập
2000 BT cung cấp DSL băng thông rộng
2001 Wikipedia ra mắt
2001 HewlettРPackard mua Compaq để tạo ra thế giới của nhóm IT lớn thứ
hai (sau IBM)
Năm 2001 bùng nổ bong bóng dot com
2001 Apple ra mắt iPod
2003 phát hành Beta của Skype, cung cấp thông tin liên lạc bằng giọng nói
miễn phí qua Internet
2003 Intel tích hợp công nghệ không dây Centrino vào bộ vi xử lý của nó

Năm 2007, Apple thông báo và giới thiệu iPhone
2008 Toshiba công bố để ngăn chặn sản xuất HD-DVD kết thúc cuộc chiến
định dạng HD với hệ thống Blu-ray của Sony

Rõ ràng,những thành tựu của CNTT là vô cùng to lớn. Chính vì vậy việc tìm
hiểu, nắm bắt thậm chí là nghiên cứu chuyên sâu sẽ giúp ích cho mỗi người
chúng ta trong học tập cũng như làm việc. Là một sinh viên đại học – những
2


BÀI TẬP LỚN MÔN TIN HỌC ỨNG DỤNG
người có cơ hội được tiếp cận với những kiến thức mới nhất, tiên tiến nhất của
xã hội, chúng ta cần năng động sáng tạo tiếp thu những thành tựu khoa học
của nhân loại đặc biệt là CNTT.
Trong số những thành tựu CNTT hiện nay, công nghệ GIS đã và đang thể hiện
tầm ảnh hưởng của mình với việc ứng dụng rộng rãi trong khắp các lĩnh vực
của đời sống như: quản lý tài nguyên thiên nhiên, quản lý đất đai, quản lý cơ
sở kỹ thuật hạ tầng, trong du lịch, trong cảnh báo thiên tai …

Đặc biệt, là một sinh viên ngành cấp thoát nước – em đặc biệt quan tâm tới
việc ứng dụng công nghệ GIS trong việc quản lý mạng lưới cấp nước đang
được áp dụng một cách có hiệu quả ở các công ty cấp nước đô thị.
Do đó việc tìm hiểu về ứng dụng công nghệ GIS trong các lĩnh vực không chỉ
giúp em có thêm hiểu biết về tầm ảnh hưởng nó mang lại mà còn giúp ích
không nhỏ trong việc trau dồi kiến thức chuyên môn khi còn ở trên ghế nhà
trường cũng như sau này khi đi làm.

PHẦN I:
GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ GIS
3

BÀI TẬP LỚN MÔN TIN HỌC ỨNG DỤNG
1. Giới thiệu sơ lược về GIS
Hệ thống thông tin địa lý GIS (viết tắt của cụm từ tiếng Anh Geographic
Information Systems) 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.Thuật ngữ này được biết
đến từ những năm 60 của thế kỉ 20 và Giáo sư Roger Tomlinson được cả thế giới
công nhận là cha đẻ của GIS

Một tập hợp có tổ chức của phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu và con người
được thiết kế để thu nhận, lưu trữ, cập nhật, thao tác phân tích làm mô hình và hiển
thị tất cả các dạng thông tin địa lý có quan hệ không gian nhằm giải quyết các vấn
đề về quản lý và quy hoạch.

GIS sẽ làm thay đổi đáng kể tốc độ mà thông tin địa lý được sản xuất, cập nhật và
phân phối. GIS cũng làm thay đổi phương pháp phân tích dữ liệu địa lý, hai ưu
điểm quan trọng của GIS so với bản đồ giấy là:
- Dễ dàng cập nhật thông tin không gian.
- Tổng hợp hiệu quả nhiều tập hợp dữ liệu thành một cơ sở dữ liệu kết hợp.
4


BÀI TẬP LỚN MÔN TIN HỌC ỨNG DỤNG

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. Điều này đơn giản nhưng vô cùng quan
trọng và 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 phân phối của các chuyến

xe, đến lập báo cáo chi tiết cho các ứng dụng quy hoạch, hay mô phỏng sự lưu
thông khí quyển toàn cầu.
Tham khảo địa lý các thông tin địa lý hoặc chứa những tham khảo địa lý hiện
(chẳng hạn như kinh độ, vĩ độ hoặc toạ độ lưới quốc gia), hoặc chứa những tham
khảo địa lý ẩn (như địa chỉ, mã bưu điện, tên vùng điều tra dân số, bộ định danh
các khu vực rừng hoặc tên đường). Mã hoá địa lý là quá trình tự động thường được
dùng để tạo ra các tham khảo địa lý hiện (vị trí bội) từ các tham khảo địa lý ẩn (là
những mô tả, như địa chỉ). Các tham khảo địa lý cho phép định vị đối tượng (như
khu vực rừng hay địa điểm thương mại) và sự kiện (như động đất) trên bề mặt quả
đất phục vụ mục đích phân tích.

5


BÀI TẬP LỚN MÔN TIN HỌC ỨNG DỤNG

Hệ thống thông tin địa lý làm việc với hai dạng mô hình dữ liệu địa lý khác nhau
về cơ bản - mô hình vector và mô hình raster. Trong mô hình vector, thông tin về
điểm, đường và vùng được mã hoá và lưu dưới dạng tập hợp các toạ độ x,y. Vị trí
của đối tượng điểm, như lỗ khoan, có thể được biểu diễn bởi một toạ độ đơn x,y.
Đối tượng dạng đường, như đường giao thông, sông suối, có thể được lưu dưới
dạng tập hợp các toạ độ điểm. Đối tượng dạng vùng, như khu vực buôn bán hay
vùng lưu vực sông, được lưu như một vòng khép kín của các điểm toạ độ.
Mô hình vector rất hữu ích đối với việc mô tả các đối tượng riêng biệt, nhưng kém
hiệu quả hơn trong miêu tả các đối tượng có sự chuyển đổi liên tục như kiểu đất
hoặc chi phí ước tính cho các bệnh viện. Mô hình raster ddược phát triển cho mô
phỏng các đối tượng liên tục như vậy. Một ảnh raster là một tập hợp các ô lưới. Cả
mô hình vector và raster đều được dùng để lưu dữ liệu địa lý với nhưng ưu điểm,
nhược điểm riêng, Các hệ GIS hiện đại có khả năng quản lý cả hai mô hình này.
2. Nội dung cơ sở dữ liệu nền GIS

2.1. Cơ sở dữ liệu nền GIS
Cơ sở dữ liệu nền GIS là cơ sở dữ liệu mà những lĩnh vực trong công tác quản lý
tài nguyên môi trường cần đến nó và sử dụng chúng. Cơ sở dữ liệu nền GIS là
phần giao của từng cơ sở dữ liệu trong công tác quản lý tài nguyên môi trường. Cơ
sở dữ liệu nền GIS bao gồm 2 phần

6


BÀI TẬP LỚN MÔN TIN HỌC ỨNG DỤNG
- Cơ sở dữ liệu không gian (bản đồ nền)
- Cơ sở dữ liệu thuộc tính chung

2.2. Bản đồ nền
Bản đồ nền là bản đồ chỉ bao gồm yếu tố nền cơ sở địa lý. Nó là cơ sở để xác định
vị trí địa lý của các đối tượng trong dữ liệu chuyên nghành. Nền cơ sở địa lý của
bản đồ là tập hợp những yếu tố thuỷ văn, giao thông, dân cư, biên giới quốc gia,
địa giới hành chính, địa danh và địa hình để làm cơ sở thể hiện cách nội dung khác
trên bản đồ
Bản đồ nền được phân thành 2 nhóm: bản đồ địa lý chung và địa lý chuyên đề.
Bản đồ địa lý chung là bản đồ thể hiện mọi đối tượng, hiện tượng địa lý của bề mặt
trái đất, bao gồm đầy đủ các đối tượng và hiện tượng kinh tế, văn hóa, xã hội như
thủy văn, địa hình, thực vật, đất đai, dân cư, giao thông, công nghiệp, nông nghiệp,
lâm nghiệp văn hóa, hành chính-chính trị. Tùy thuộc tỷ lệ bản đồ mà mức độ nội
dung bản đồ địa lý chung có thể chi tiết hoặc ít chi tiết hơn, nhưng về nguyên tắc
7


BÀI TẬP LỚN MÔN TIN HỌC ỨNG DỤNG
thì bản đồ địa lý chung đều thể hiện mọi đối tượng, hiện tượng với cùng mức độ

chi tiết, nghĩa là không chú trọng yếu tố này hay xem nhẹ yếu tố kia khi xét bản đồ
ở một tỉ lệ nhất định

Trên bản đồ địa lý chuyên đề có sự phân chia nội dung chính và nội dung phụ. Nội
dung chính là nội dung bản đồ chuyên đề, còn nội dung phụ là cơ sở các yếu tố địa
lý hay còn gọi là bản đồ nền. Nếu chỉ có nội dung chuyên đề không thì không thể
tạo thành bản đồ chuyên đề, vì bản đồ chuyên đề thể hiện nội dung chọn lọc trong
mối quan hệ tương hỗ với các yếu tố khác của cảnh quan môi trường địa lý. Cho
nên bản đồ chuyên đề được xây dựng dựa trên nội dung chuyên đề thể hiện trên
bản đồ nền. Như vậy việc xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ nền là một trong những
giai đoạn quan trọng trong việc thành lập bản đồ chuyên đề.
3. Ứng dụng của GIS trong các ngành
Vì GIS được thiết kế như một hệ thống chung để quản lý dữ liệu không gian, nó có
rất nhiều ứng dụng trong việc phát triển đô thị và môi trường tự nhiên như là: quy
hoạch đô thị, quản lý nhân lực, nông nghiệp, điều hành hệ thống công ích, lộ trình,
nhân khẩu, bản đồ, giám sát vùng biển, cứu hoả và bệnh tật. Trong phần lớn lĩnh
vực này, GIS đóng vai trò như là một công cụ hỗ trợ quyết định cho việc lập kế
hoạch hoạt động.
3.1 Ứng dụng GIS trong Môi trường
Theo những chuyên gia GIS kinh nghiệm nhất thì 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 thuộc tính của
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 sư lan truyền ô nhiễm trong môi
trường khí hay nước, hoặc sự phản ứng của một lưu vực sông dưới sự ảnh hưởng
của một trận mưa lớn. 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.
8

BÀI TẬP LỚN MÔN TIN HỌC ỨNG DỤNG
3.2 Ứng dụng GIS trong Khí tượng thuỷ văn
Trong lĩnh vực này GIS được dùng như là một hệ thống đáp ứng nhanh, phục vụ
chống thiên tai như lũ quét ở vùng hạ lưu, xác định tâm bão, dự đoán các luồng
chảy, xác định mức độ ngập lụt, từ đó đưa ra các biện pháp phòng chống kịp thời...
vì những ứng dụng này mang tính phân tích phức tạp nên mô hình dữ liệu không
gian dạng ảnh (raster) chiếm ưu thế
3.3 Ứng dụng GIS trong Nông nghiệp, quản lý đất đai
Những ứng dụng đặc trưng: Giám sát thu hoạch, hệ thống quản lý đất đai, dự báo
về hàng hoá, nghiên cứu về đất trồng, kế hoạch tưới tiêu, kiểm tra nguồn nước.
3.4 Ứng dụng GIS trong Dịch vụ tài chính
GIS được sử dụng trong lĩnh vực dịch vụ tài chính tương tự như là một ứng dụng
đơn lẻ. Nó đã từng được áp dụng cho việc xác định vị trí những chi nhánh mới của
Ngân hàng. Hiện nay việc sử dụng GIS đang tăng lên trong lĩnh vực này, nó là một
công cụ đánh giá rủi ro và mục đích bảo hiểm, xác định với độ chính xác cao hơn
những khu vực có độ rủi ro lớn nhất hay thấp nhất. Lĩnh vực này đòi hỏi những dữ
liệu cơ sở khác nhau như là hình thức vi phạm luật pháp, địa chất học, thời tiết và
giá trị tài sản.
3.5 Ứng dụng GIS trong Y tế
Ngoại trừ những ứng dụng đánh gía, quản lý mà GIS hay được dùng, GIS còn có
thể áp dụng trong lĩnh vực y tế. Ví dụ như, nó chỉ ra được lộ trình nhanh nhất giữa
vị trí hiện tại của xe cấp cứu và bệnh nhân cần cấp cứu, dựa trên cơ sở dữ liệu giao
thông. GIS cũng có thể được sử dụng như là một công cụ nghiên cứu dịch bệnh để
phân tích nguyên nhân bộc phát và lây lan bệnh tật trong cộng đồng.
3.6 Ứng dụng GIS cho Chính quyền địa phương
Chính quyền địa phương là một trong những lĩnh vực ứng dụng rộng lớn nhất của
9

BÀI TẬP LỚN MÔN TIN HỌC ỨNG DỤNG
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 có thể có lợi từ GIS. GIS có thể được sử dụng
trong việc tìm kiếm và quản lý thửa đất, thay thế cho việc hồ sơ giấy tờ hiện hành.
Nhà cầm quyền địa phương cũng có thể sử dụng GIS trong việc 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.
3.7 Ứng dụng GIS trong thị trường Bán lẻ
Phần lớn siêu thị vùng ngoại ô được xác định vị trí với sự trợ giúp của GIS. GIS
thường 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 môt siêu thị có thể được tính toán bởi
thời gian đi đến siêu thị, và mô hình hoá ảnh hưởng của những siêu thị cạnh tranh.
GIS cũng được dùng cho việc quản lý tài sản và tìm đường phân phối hàng ngắn
nhất.
3.8 Ứng dụng GIS trong Giao thông
GIS có khả năng ứng dụng đáng kể trong lĩnh vực vận tải. Việc lập kế hoạch và
duy trì cở sở hạ tầng giao thông rõ ràng là một ứng dụng thiết thực, nhưng giờ đây
có sự quan tâm đến một lĩnh vực mới là ứng dụng định vị trong vận tải hàng hải,
và hải đồ điện tử. Loại hình đặc trưng này đòi hỏi sự hỗ trợ của GIS.
3.9 Ứng dụng GIS cho Các dịch vụ điện, nước, gas, điện thoại...
Những công ty trong lĩnh vực này là những người dùng GIS linh hoạt nhất, GIS
được dùng để xây dựng những cơ sở dữ liệu là cái thường là nhân tố của chiến
lược công nghệ thông tin của các công ty trong lĩnh vự này. Dữ liệu vecto thường
được dùng trong các lĩnh vực này. những ứng dụng lớn nhất trong lĩnh vực này là
Automated Mapping và Facility Management (AM-FM). AM-FM được dùng để
quản lý các đặc điểm và vị trí của các cáp, valve... Những ứng dụng này đòi hỏi
những bản đồ số với độ chính xác cao.
Một tổ chức dù có nhiệm vụ là lập kế hoạch và bảo dưỡng mạng lưới vận chuyền
hay là cung cấp các dịch vụ về nhân lực, hỗ trợ cho các chương trình an toàn công
cộng và hỗ trợ trong các trường hợp khẩn cấp, hoặc bảo vệ môi trường, thì công

10


BÀI TẬP LỚN MÔN TIN HỌC ỨNG DỤNG
nghệ GIS luôn đóng vai trò cốt yếu bằng cách giúp cho việc quản lý và sử dụng
thông tin địa lý một cách hiệu quả nhằm đáp ứng các yêu cầu hoạt động và mục
đích chương trình của tổ chức đó.

PHẦN II :
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS TRONG
NGÀNH CẤP THOÁT NƯỚC
A. Mô tả khái quát về việc ứng dụng công nghệ GIS trong
ngành cấp thoát nước
1.Đặt vấn đề
Ngày nay, công nghệ thông tin đang phát triển mạnh mẽ và thâm nhập sâu vào hầu
hết các ngành khoa học, các hoạt động thực tiễn và quản lý, đặc biệt là sự ra đời và
phát triển của GIS. Đây là một ngành công nghệ mới, hiện đại được ứng dụng
trong nhiều ngành, nhiều lĩnh vực ở khắp nơi trên thế giới nhằm hiện đại hoá công
11


BÀI TẬP LỚN MÔN TIN HỌC ỨNG DỤNG
tác quản lý, xử lý, phân tích, quy hoạch và tăng cường năng lực công tác cho người
quản lý cho phép chúng ta lưu trữ, thể hiện và thực hiện hàng loạt các phép phân
tích phức tạp một cách nhanh chóng, chính xác. Các công ty cấp thoát nước có một
lượng lớn tài sản luôn cần phải theo dõi và quản lý, bảo dưỡng và vận hành liên
tục. Trong công tác này thì bản đồ hiện trạng mạng lưới cấp nước là tài liệu chuyên
ngành rất quan trọng và cần thiết. Trong thời gian vừa qua, hệ thống bản đồ mạng
lưới cấp nước được xây dựng chủ yếu bằng phương pháp thủ công trên giấy hoặc
theo ghi chép của từng người do đó gặp rất nhiều khó khăn trong công tác quản lý

cũng như vận hành bảo dưỡng thường xuyên. Mặc khác, trong công tác quản lý cấp
nước, các thông tin thường phải được cập nhật thường xuyên và với khối lượng
lớn. Hơn nữa, việc tổng hợp số liệu để theo dõi, quản lý thường mất thời gian do
phải tổng hợp từ nhiều nguồn. Đặc biệt, yếu tố không gian của số liệu rất quan
trọng vì đa số đây là các công trình ngầm và có lịch sử sử dụng trên chục năm, hơn
thế nữa nó còn chứa nhiều thông tin. GIS, với khả năng mạnh về phân tích, quản lý
dữ liệu không gian, rất phù hợp trong công tác này. Do đó việc ứng dụng GIS quản
lý cấp nước là hết sức cần thiết.

2. Mục tiêu Xây dựng một hệ thống thông tin địa lý phục vụ công tác quản lý
cấp nước
• Cập nhật hiện trạng hệ thống mạng lưới cấp thoát nước. Trong đó có lưu trữ các
dữ liệu thuộc tính về đường ống cấp nước, nhà máy nước, chi nhánh cấp nước, các
thiết bị liên quan đến mạng lưới cấp nước, cống thoát nước, cửa xả, hố ga, các thiết
bị liên quan đến hệ thống thoát nước.
• Hiển thị bản đồ mạng lưới cấp thoát.
• Tạo các bản đồ chuyên đề và kết quả thống kê về mạng lưới cấp thoát nước và có
thể tổng hợp thông tin một cách nhanh chóng, chính xác, kịp thời.
• Quản lý hồ sơ dữ liệu liên quan đến hệ thống cấp thoát nước, cho phép lưu trữ,
cập nhật và tìm kiếm, truy xuất số liệu một cách dễ dàng.
• Giúp cho công tác báo cáo, quản lý, vận hành bảo dưỡng, thiết kế quy hoạch cấp
nước một cách tiện lợi và nhanh chóng.
12


BÀI TẬP LỚN MÔN TIN HỌC ỨNG DỤNG
3. Nội dung thực hiện
• Thu thập bản đồ hành chính, bản đồ địa chính (bản đồ thửa) nhằm tạo bản đồ nền.
• Thu thập các số liệu về hệ thống cấp thoát nước.
• Thiết kế sơ đồ tổng quan, chi tiết cho hệ thống quản lý mạng lưới cấp thoát nước.

• Thiết kế cấu trúc dữ liệu cho các lớp bản đồ.
• Nhập số liệu về hiện trạng hệ thống cấp thoát nước. Khi cần thiết phải vẽ thêm
đối tượng cho bản đồ nền và kiểm tra lại bằng máy GPS
• Thiết kế và thiết lập các công cụ đê truy xuất các dữ liệu, thông tin liên quan đến
hệ thống.
4. Phương tiện nghiên cứu
• Máy ảnh ghi lại hình ảnh dùng để đưa vào thông tin thuộc tính của hệ thống
• Máy vi tính
• Nguồn số liệu về bản đồ hiện trạng
• Nguồn số liệu về hiện trạng mạng lưới cấp thoát nước, nhà máy nước, chi nhánh
cấp nước, nhà máy xử lý nước thải, khách hàng sử dụng nước
• Phần mềm MapInfo
5. Phương pháp nghiên cứu
• Sử dụng phương pháp phân tích hệ thống nhằm lập sơ đồ hệ thống thể hiện các
tiến trình, cơ sở dữ liệu và dòng dữ liệu cho hệ thống
• Thiết kế cơ sở dữ liệu cho hệ thống. Sử dụng phương pháp xây dựng hệ thống cơ
sở dữ liệu liên kết nhằm xây dựng cơ sở dữ liệu cho hệ thống
• Thu thập bản đồ hành chính, chuyển bản đồ địa chính (bản đồ thửa) từ định dạng
dữ liệu AutoCad sang định dạng dữ liệu Mapinfo để tạo bản đồ nền.
• Thu thập và nhập các số liệu về hệ thống cấp nước vào hệ thống quản lý:

13


BÀI TẬP LỚN MÔN TIN HỌC ỨNG DỤNG
o Điều tra, phỏng vấn, tổ chức thảo luận nhóm các cán bộ quản lý của từng chi
nhánh cấp nước, xí nghiệp thoát nước và của Công ty về công tác quản lý cấp thoát
nước.
o Thu thập các bản đồ về hiện trạng hệ thống cấp thoát nước thông qua các hồ sơ
quyết toán công trình. Cụ thể như hệ thống đường ống, hệ thống van, hệ thống trụ

cứu hỏa, cửa xả, …
o Thu thập thông tin trực tiếp ngoài hiện trường, chụp ảnh tư liệu vị trí các van, các
nhà máy nước, cửa xả, …
o Thu thập số liệu về các chỉ tiêu chất lượng nước thô, nước phát ra mạng, công
suất thiết kế của các nhà máy nước.
o Điều tra thu thập số liệu của hơn các hộ khách hàng sử dụng nước: vị trí nhà trên
bản đồ, thông tin cá nhân, thông tin về đồng hồ nước, hợp đồng sử dụng nước, giá
nước…
o Điều tra hệ thống thoát nước của các hẻm như chủng loại và hướng thoát
o Đo đạc áp lực nước, lượng Cl2 dư, độ đục tại nhà hộ sử dụng nước.
• Thiết kế các công cụ làm việc cần thiết cho hệ thống. Truy xuất các dữ liệu, thông
tin liên quan

B. Một số ví dụ ứng dụng tiêu biểu
1. Hệ thống WDMS của công ty VidaGIS
Với sự nhận thức rõ về nhu cầu của các công ty Cấp thóat nước tại Việt nam qua
nhiều cuộc khảo sát được tiến hành cùng với Chi hội Cấp thóat nước miền Trung
Tây nguyên hay được tiến hành một cách độc lập bởi công ty VidaGIS tại Việt
nam, Đan mạch, Thái lan, Malaysia, hệ thống WDMS đã được ra đời phục vụ mục
đích tăng cường năng lực quản lý của các công ty Cấp (thoát) nước. Hệ thống
WDMS được xây dựng bởi những chuyên gia cấp nước của Công ty WaterTech,
chuyên gia GIS của VidaGIS, chuyên gia bản đồ của Nhà Xuất bản Bản đồ thuộc
14


BÀI TẬP LỚN MÔN TIN HỌC ỨNG DỤNG
Bộ tài nguyên Môi trường Việt nam, hệ thống WDMS của VidaGIS thực sự đem lại
cho khách hàng Việt Nam những ứng dụng hiệu quả và tiên tiến nhất, giúp cho các
nhà nhà quản lý, những người chuyên trách về kỹ thuật đều có khả năng tham gia
vào hệ thống để tạo lập, sửa đổi hay sử dụng thông tin cho công việc của mình.

Toàn bộ hệ thống WDMS được thực hiện trên một nền CSDL GIS thống nhất, như
vậy toàn bộ thông tin về: đường ống, khách hàng, đồng hồ, rò rỉ, hóa đơn… được
tạo ra và quản lý trên nền một CSDL GIS thống nhất, đảm bảo cho việc quản lý
thông tin một cách khoa học, không bị trùng lắp, lợi dụng tối đa khả năng quản lý
và phân tích thông tin không gian của GIS cho mục đích của công ty cấp nước.
1.1 Các thành phần của WDMS


CSDL tích hợp thông tin của hệ thống cấp nước và bản đồ nền

CSDL tích hợp bao gồm CSDL GIS nền, các dữ liệu không gian và thuộc tính của
hệ thống cấp nước như:
• Thông tin đường ống
• Thông tin rò rỉ
• Thông tin về các đồng hồ áp lực, dòng chảy, các trạm bơm
• Thông tin về các vùng rò rỉ, áp lực, phục vụ
• Thông tin về khách hàng
Các thông tin liên quan khác như mật độ dân cư, công trình xây dựng: nhà cửa,
đường giao thông v.v... tại vùng hệ thống cấp nước đi qua. Đây là một CSDL lớn
được xây dụng được xây dựng trên cơ sở:
• Công nghệ GIS, SDE của ESRI
• Công nghệ quản lý CSDL quan hệ của Oracle, MS. SQL Server
• Công nghệ lưu trữ, quản lý, versioning của ESRI


Hệ thống Quản lý rò rỉ (Leak management)

Chống rò rỉ là một vấn đề lớn trong cấp nước. Giải pháp mà WDMS cho phép báo
cáo, quản lý, theo dõi, tính toán và dự báo được các điểm, các khu vực rò rỉ, lên kế
15

BÀI TẬP LỚN MÔN TIN HỌC ỨNG DỤNG
hoạch sửa chữa các điểm rò rỉ. Sau khi xác định được vị trí rò rỉ và cập nhật vào
CSDL, Hệ thống cho phép tìm kiếm chính xác vị trí rò rỉ theo các điều kiện khác
nhau: theo vùng, theo thời gian, theo mức độ nghiêm trọng v.v... và hiển thị chúng
cùng các thông tin liên quan khác. Hệ thống cho phép người quản lý cùng một lúc
có nhiều thông tin để kịp thời đưa ra các biện pháp sử lý đúng đắn, tiết kiệm và
hiệu quả.


Hệ thống đăng ký đường ống (Pipe registration)

Hệ thống đăng ký đường ống là một hệ thống GIS quản lý, lưu trữ và phân tích
một khối lượng thông tin đồ sộ về mạng lưới cấp nước như loại ống, kích thước,
chất liệu, ngày lắp đặt, giá cả, người lắp đặt v.v... đồng thời cập nhật liên tục thông
tin về lưu lượng dòng chảy, áp suất dòng chảy. Các thông tin xử lý cùng với các
thông tin liên quan khác có trong CSDL như địa hình, đường giao thông, mật độ
dân cư v.v... Hệ thống cho phép người quản lý tìm kiếm các điểm cuối của đường
ống, tính toán đường ống dịch vụ, nội suy các mạng lưới độc lập, kiểm tra tính
chính xác của thông tin khi nhập vào v.v... Ngoài ra còn cho phép kiểm tra tình
trạng của đường ống theo các điều kiện khác nhau: theo vùng, theo chủng loại,
theo thời gian lắp đặt, theo tần suất dò rỉ v.v... để từ đó lập kế hoạch duy tu, bảo
dưỡng, thay thế một cách hợp lý, kịp thời.


Hệ thống quản lý khách hàng (Customer management)

Hệ thống quản lý khách hàng quản lý các thông tin liên quan tới khách hàng như:
thông tin cá nhân, khối lượng nước tiêu thụ hàng tháng, điểm cung cấp nước,

CSDL về đồng hồ nước v.v... Hệ thống này được nối với hệ thống tính hoá đơn cho
khách hàng (billing system). Hệ thống có nhiệm vụ in ra hoá đơn hàng tháng cho
khách hàng. Việc in ra hoá đơn cho khách hàng được thực hiện theo từng vùng
phục vụ (supply zone) hoặc theo tuyến phố nơi đường ống đi qua. Hệ thống phục
vụ khách hàng (Customer service management) Một số công ty cấp nước có Trung
tâm phục vụ khách hàng nhằm cung cấp thông tin, trả lời khách hàng, ghi nhận
những thông tin về sự cố, phàn nàn về dịch vụ… Với sự giúp đỡ của hệ thống
WDMS, trung tâm có thể có thông tin một cách nhanh chóng bằng các công cụ tìm
kiếm, hỏi đáp không gian, route track để trả lời khách hàng một cách chính xác
nhanh chóng. Ngoài ra với những công cụ cập nhật chi tiết trên CSDL GIS, tất cả

16


BÀI TẬP LỚN MÔN TIN HỌC ỨNG DỤNG
thông tin về rò rỉ, khiếu nại… sẽ được cập nhật online trên hệ thống, cho phép các
phòng ban liên quan cũng có được thông tin phục vụ tác nghiệp.


Hệ thống quản lý công việc (Job/work order management)

Hệ thống này sẽ chạy song song với hệ thống phần mềm GIS ở trên, có nhiệm vụ
dây chuyền hóa công việc của các phòng ban trong công ty từ khi có một khách
hàng yêu cầu lắp đặt đồng hồ nước, thảo bản vẽ thiết kế sơ bộ, in ra bản hướng dẫn
thi công và cuối cùng là lưu hồ sơ hoàn công vào trong hệ thống. Hệ thống này sẽ
làm giảm thiểu tối đa sự trùng lắp dữ liệu giữa các phòng ban, quản lý thông tin
được xuyên suốt và an toàn hơn.


Thông tin khách hàng trực tuyến (Online Customer Information)

Với hệ thống này các hộ tiêu thụ nước có thể truy cập vào mạng internet để xem
các thông tin như: lượng nước tiêu thụ hàng tháng, số tiền phải trả là bao nhiêu,
bảng giá nước, các hỏi đáp, kiến nghị, đề nghị… Đồng thời có thể gửi yêu cầu đến
nhà cung cấp nước, trả tiền nước trực tuyến…thông qua dịch vụ online payment.
1.2 Phân tích đánh giá
WGIS cung cấp công cụ phân tích thống kê trên tập hợp thông tin về hệ thống cấp
nước, nhằm tìm ra quy luật hoạt động của hệ thống cung cấp nước, ví dụ như diễn
biến của lượng nước tiêu thụ theo các tháng trong 1 năm, tần xuất dò rỉ theo chủng
loại ống nước, theo khu vực, theo thời gian sử dụng, mức độ rò rỉ, độ bền của
đường ống, van v.v... để từ đó giúp công ty cấp nước đưa ra các dự báo và điều
chỉnh các hoạt động của mình cho phù hợp với thực tế. Với sự trợ giúp của GIS
trong việc kết hợp các mô hình tính toán ở trên, có thể quy hoạch cho các khu vực
phân bố đồng hồ đo nước trong thành phố, mở rộng diện tích cấp nước, xây dựng
các chiến lược về cấu trúc của hệ thống cấp nước trong tương lai và triển khai tiếp
các dự án đã được phê duyệt trong cùng một hệ thống

2. Tích hợp công nghệ thông tin địa lý và mô hình toán thủy lực –
HYDGIS để quản lý một mạng lưới cấp nước thành phố lớn
2.1. Mô hình HYDIS
2.1.1. Mô hình GIS: gồm các lớp đối tượng sau:
17


BÀI TẬP LỚN MÔN TIN HỌC ỨNG DỤNG

Hình 1. Mô hình thực thể mạng lưới cấp nước
Lớp đối tượng điểm (ĐTĐ): Nút, van, bơm, bể, nguồn, và đồng hồ nước.
Lớp đối tượng đường (nhánh) có tính chất sau:
- Đoạn thẳng nối liền hai đối tượng điểm ở hai đầu.

- Nhánh phải được định chiều từ ĐTĐ đầu đến ĐTĐ cuối. Nếu dòng chảy
cùng chiều với nhánh thì lưu lượng Q > 0 và ngược lại, Q < 0.
Mối quan hệ giữa đối tượng điểm và nhánh
Nếu đối tượng điểm bị xóa, thì các nhánh gắn với nó cũng bị xóa theo. Tuy
nhiên, nếu nhánh bị xóa thì không làm ảnh hưởng đến sự tồn tại của ĐTĐ ở

18


BÀI TẬP LỚN MÔN TIN HỌC ỨNG DỤNG
hai đầu. - Khi di chuyển ĐTĐ thì nhánh và chiều dài của nhánh gắn với nó
cũng thay đổi theo.
Lớp đối tượng đường giao thông: dùng để hiển thị đường giao thông của bản
đồ nền.
Đối tượng vùng (đa giác): để biểu thị nhà hoặc khu vực đặc thù trong bản đồ
nền.
Đặc tính của chương trình GIS:
- Được tạo lập từ phần mềm Arcview 3.2a, lập trình nhờ ngôn ngữ Avenue
[1], hoạt động trên nền WINDOWS.
- Giao diện gồm nhiều cửa sổ với thanh công cụ, thanh chức năng và menu
được trình bày bằng tiếng Việt (Hình 2). - Dữ liệu được chứa trong tập tin
*.DBF.

Hình 2.Giao diện chương trình GIS
Chức năng của chương trình GIS:
- Cho phép tạo lập, hiệu chỉnh bản đồ số.
19


BÀI TẬP LỚN MÔN TIN HỌC ỨNG DỤNG

- Cho phép nhập, hiệu chỉnh dữ liệu.
- Cho phép tìm kiếm chuỗi ký tự trong TTQL và TTKT, truy vấn sự hiện hữu
của các đối tượng trong một lớp cụ thể trong bản đồ số dựa theo điều kiện.
- Cho phép lập, hiển thị và in ấn bảng và biểu đồ gắn với các đối tượng trong
bản đồ số.
- Cho phép cấp hoặc thay đổi mật mã đăng nhập cho cán bộ quản lý và
người sử dụng.
2.2. Mô hình toán thủy lực
2.2.1.Đặc điểm của chương trình thủy lực:
- Được tạo lập từ phần mềm Visual Basic 6.0 trên nền hệ điều hành
WINDOWS. - Giao diện gồm cửa sổ chính chứa bản đồ mạng lưới, thanh
công cụ, thanh chức năng và menu được trình bày bằng tiếng Việt (Hình 3).
- Dữ liệu được chứa trong tập tin CSDL ACCESS có phần mở rộng là
MDB. 2.2.2.Chức năng của chương trình thủy lực:
- Cho phép tạo mạng lưới đường ống.
- Cho phép nhập, lưu trữ, cập nhật dữ liệu bao gồm:
+ Dữ liệu liên quan đến các đối tượng
+ Điều kiện biên ở nguồn (Z ~ t, Q ~ t);
+ Tham số rò rỉ nước C [Emitter].
+ Đường điều hành bơm ~ t, trạng thái đóng mở van theo t; đặc tính bơm Hb
~ Q, ç ~ Q và của bể chứa W ~ Z.
+ Thông số của các loại van.
- Tính thủy lực và khai thác kết quả.

20


BÀI TẬP LỚN MÔN TIN HỌC ỨNG DỤNG

Hình 3.Giao diện chương trình thủy lực

2.2.3.Phương pháp tính toán thuỷ lực:
- Tính lặp theo nguyên tắc sau:
+ Trong mỗi vòng lặp, phương pháp “gradient” được dùng để tìm cột áp suất
tại các nút;
+ Dựa vào cột áp suất ở các nút, lưu lượng chảy trong các nhánh được tính
toán. + Tính sai số tổng lưu lượng nhập và xuất tại các nút và so sánh với sai
số cho phép. + Trong quá trình lặp, chương trình kiểm tra điều kiện ràng
buộc ở bể, bơm và van.
+ Việc tính toán ở một thời điểm sẽ kết thúc khi dòng chảy thoả mãn phương
trình năng lượng và phương trình liên tục ở tất cả các nhánh, nút và các đối
tượng điểm. - Giải pháp tổng hợp nút – mạch vòng dùng để giải hệ phương
trình liên tục và phương trình năng lượng tại một thời điểm cụ thể được tóm
tắt như sau:
- Giả sử mạng lưới đường ống có ND nút và NF bể và nguồn. Đặt N =
ND+NF. Mối quan hệ giữa lưu lượng và tổn thất cột nước trong đường ống
nối hai đối tượng điểm i và j như sau
Hi – Hj = hij = | r Qijn + m Qij2|.Sign(Qij) (1)
21


BÀI TẬP LỚN MÔN TIN HỌC ỨNG DỤNG
Hi là cột nước đo áp ở nút i, hij là tổn thất cột nước giữa hai nút i và j ;
r là hệ số trở kháng (resistance coefficient),
Qij là lưu lượng qua nhánh nối hai nút i và j; n số mũ dòng chảy (flow
exponent); và m là hệ số tổn thất cục bộ. Giá trị r, n và m tuỳ thuộc vào công
thức tính tổn thất dọc đường được dùng.

2.2.4.Các công thức sử dụng:
- Công thức tính tổn thất trong ống: h = r.Qn (14)
22

BÀI TẬP LỚN MÔN TIN HỌC ỨNG DỤNG
Q là lưu lượng (m3 /s);
h là tổn thất dọc đường (m); r là hệ số trở kháng; và n là số mũ dòng chảy;
khi h là tổn thất cục bộ r = 0,0826.K.d-4 ; d đường kính ống (m);
K là hệ số tổn thất cục bộ
- Mô phỏng cấp nước bằng vòi ( rò rỉ): Cơ chế ṛ rỉ biểu thị qua công thức
sau: Q = C.pa (15) C là hệ số lưu lượng, tuỳ theo loại vòi phun hoặc dạng
của chỗ rò rỉ. Thường C bằng 0,5 và a bằng 2. Phương pháp tạo nguồn và
nhánh giả như sau (Hình 5): Giả sử vòi đặt tại nút i, có cao trình mặt đất là
Zi, hồ giả có cao trình mực nước bằng cao trình mặt đất => Hj = Zi

- Mô phỏng van: Có nhiều loại van: Van mở hoàn toàn, van đóng hoàn toàn,
van một chiều (CV), van giảm áp (PRV), van chịu áp (PSV), van kiểm soát
áp lực (PBV), van kiểm soát dòng chảy (FCV), van tiết lưu (TCV) & khóa
nước, van mục đích tổng quát (GPV). Hoạt động và công thức tính toán các
loại van .
- Tính toán và kiểm tra mực nước trong bể: Dựa vào phương trình liên tục,
thời đoạn Δt, lưu lượng, mực nước trong bể ở thời điểm t, đường quan hệ W
~ Z, ta có thể tính toán được mực nước t t Zi +Δ ở thời điểm t + Δt. Kiểm tra
điều kiện Zmin ≤ t t Zi +Δ ≤ Zmax. Nếu điều kiện thoả mãn thì xem như
việc kiểm tra điều kiện hoạt động đạt yêu cầu. Ngược lại, nếu Zt+Δt4 vượt
ngoài phạm vi cho phép thì thời đoạn Δt phải được điều chỉnh lại sao cho

23


BÀI TẬP LỚN MÔN TIN HỌC ỨNG DỤNG
mực nước trong bể thoả mãn điều kiện trên. Bên cạnh đó việc kiểm tra trạng

thái của các van (đóng hoặc mở) gắn liền với bể là cần thiết.

2.3. Liên kết giữa mô hình GIS & thủy lực
Chương trình GIS đảm nhận việc tạo lập bản đồ địa lý gồm bản đồ nền khu
vực, bản đồ chuyên ngành trong lãnh vực cấp nước; quản lý và khai thác các
dữ liệu có liên quan đến các đối tượng trong bản đồ số.
Chương trình Thuỷ Lực đảm nhận nhiệm vụ tính toán thuỷ lực để tìm ra sự
phân bố áp suất và lưu lượng trong mạng lưới. Nó cũng cho phép người sử
dụng tạo lập mạng lưới đường ống; nhập liệu, cập nhật và khai thác kết quả
dưới dạng bảng và biểu đồ.
Mô đun cập nhật dữ liệu có các đặc điểm sau:
Việc tạo lập mới đối tượng điểm và nhánh phải được thực hiện từ GIS trước,
tiến trình ngược lại không thực hiện được. Nhờ mô đun cập nhật, dữ liệu từ
24


BÀI TẬP LỚN MÔN TIN HỌC ỨNG DỤNG
GIS được chuyển cho CSDL ACCESS. Nhờ dữ liệu này, chương trình Thuỷ
lực có thể tiến hành tính toán và chuyển kết quả (dữ liệu thuộc tính) về cho
cơ sở dữ liệu GIS để hiển thị trên bản đồ số.
Người sử dụng có thể dùng chương trình thuỷ lực một cách độc lập để xây
dựng mạng lưới đường ống và tính toán thuỷ lực nếu như không quan tâm
tới bản đồ nền.
2.4. Áp dụng thử nghiệm
Kiểm tra chương trình thủy lực:
Mạng đường ống được chỉ ra trong Hình 6, gồm có 9 nút, nút ảo 13 sau
bơm số 11 do chương trình tự động gán; nguồn 1 có giá trị cột áp 10 m H2O,
nguồn 5 có giá trị cột áp 0 m H2O; bể 12 hình trụ có đường kính 10m, mực
nước tối thiểu 0,5 m, mực nước tối đa 1,0 m, mực nước ban đầu 1,0 m; và 20
nhánh với 2 nhánh ảo số 19 và 20. Nhánh 12 và nhánh 18 nối bơm có chiều

dài 50 m, các nhánh ống còn lại có chiều dài là 1000 m. Đường kính các ống
200 mm, hệ số nhám 0,01. Tốc độ tương đối = 1. Mẫu đường đặc tính bơm
cho trong Bảng 1. Dùng phương pháp ba điểm (=1) để tính ho, rb, nb :
Thế vào phương trình (2), Q = 0 => h = -ho => ho = 25 m
Q = Qmax = 0,1 m3 /s => h = 0 => 25 = rb.(0.1)nb (17a)
Qtk = 0,04 m3 /s => h = - 22 m => -22 = - 25 + rb.(0.04)nb => 3 = rb.(0.04)nb
(17b)
Giải hai phương trình (17a) và (17b), ta được nb = 2,3139 và rb = 5151,145.
Tóm lại phương trình cột áp qua bơm khi hoạt động với vận tốc thiết kế là:
h = -25 + (5151,145).Q2,3139 (18)
Kết quả chạy chương trình chỉ ra rằng nút càng gần thượng lưu bơm thì áp
suất chân không càng lớn. Cột nước đo áp thấp nhất là -7,79292 m ở tại
trước bơm, nút số 11. Cột nước đo áp tại sau bơm, nút 13 là 2,70791 m. Do
đó cột nước bơm là Hb = 10,5 m. Lưu lượng qua bơm là Qb = 0,079017
m3 /s. Để kiểm tra chương trình tính toán bơm, từ giá trị lưu lượng này ta
thế vào phương trình (18), ta được h = - 10,51 m, nghĩa là Hb = 10,51 m.
25