Xây dựng hệ thống Gis ứng dụng trong quy hoạch xây dựng nông thôn

1

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

Ngô Thanh Khiết

XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIS ỨNG DỤNG TRONG QUY
HOẠCH XÂY DỰNG NÔNG THÔN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Thái Nguyên - 2012

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




2

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

Ngô Thanh Khiết

XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIS ỨNG DỤNG TRONG QUY
HOẠCH XÂY DỰNG NÔNG THÔN
Chuyên ngành :

KHOA HỌC MÁY TÍNH

Mã số :

60.48.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS.Nguyễn Đình Hóa

Thái Nguyên - 2012

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




3

MỤC LỤC
MỤC LỤC ......................................................................................................... 1
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 5
CHƢƠNG I: GIS VÀ PHÂN TÍCH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN ...................... 8
1.1 Những khái niệm cơ bản về GIS ............................................................ 8
1.1.1 Hệ thông tin địa lý là gì .................................................................... 8
1.1.2 Tại sao phải sử dụng hệ thông tin địa lý .......................................... 8
1.1.3 Các thành phần chính trong hệ thông tin địa lý ............................. 11
1.2 Các chức năng của hệ thống GIS .......................................................... 14
1.2.1 Thu thập dữ liệu ............................................................................. 14
1.2.2 Xử lý sơ bộ dữ liệu ......................................................................... 15
1.2.3 Lƣu trữ và truy nhập dữ liệu .......................................................... 16
1.2.4 Tìm kiếm và phân tích không gian ................................................ 17

1.2.5 Hiện thị đồ họa và tƣơng tác .......................................................... 17
1.3. Mô hình dữ liệu không gian ................................................................ 17
1.3.1 Mô hình dữ liệu raster và vector .................................................... 18
1.3.2 Mô hình đối tƣợng địa lý ............................................................... 20
1.4 Ứng dụng của hệ thông tin địa lý .......................................................... 24
CHƢƠNG II: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG GIS BẰNG MAPWINDOW .. 26
2.1 Khung kiến trúc một ứng dụng MapWindow ....................................... 27
2.1.1 Không gian làm việc ...................................................................... 27
2.1.2 Các trình cắm thêm (Plug-in) ......................................................... 27
2.2 Tạo các lớp bản đồ chuyên đề ............................................................... 28
2.2.1 Biên tập, trình bày, xây dựng bản đồ chuyên đề ............................ 28
2.2.2 Tạo và chỉnh sửa lớp dữ liệu bản đồ .............................................. 30
2.2.3 Dữ liệu không gian ........................................................................ 43
2.3 Tính toán định lƣợng dựa trên diện tích trong MapWindow và bài toán
đền bù giải tỏa mặt bằng ............................................................................. 46
2.3.1 Bài toán toán đến bù trong giải tỏa mặt bằng ................................ 46
2.3.2 Các bƣớc giải bài toán .................................................................... 48
CHƢƠNG III: PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG MAPWINDOW HỖ TRỢ
BÀI TOÁN QUY HOẠCH XÂY DỰNG NÔNG THÔN .......................... 53
3.1 Bài toán quy hoạch xây dựng nông thôn.............................................. 53
3.1.1 Đặt vấn đề ..................................................................................... 53
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




4

3.1.2 Ứng dụng MapWindow hỗ trợ quy hoạch xây dựng nông thôn ... 54
3.2 Kiến trúc của hệ thống .......................................................................... 55

3.2.1 Mô hình .......................................................................................... 55
3.2.2 Mô tả .............................................................................................. 56
3.3 Mô hình phân rã chức năng .................................................................. 59
3.4 Mô hình luồng dữ liệu .......................................................................... 61
3.4.1 Mô hình luồng dữ liệu mức vật lý: ............................................. 61
3.4.2 Sơ đồ luồng dữ liệu mức đỉnh ........................................................ 64
3.5 Mô hình thực thể liên kết ...................................................................... 65
3.6 Đặc tả bảng dữ liệu trong mô hình quan hệ .......................................... 66
3.7 Cài đặt thử nghiệm ............................................................................... 68
3.7.1 Cách xây dựng plug-in đề phát triển phần mềm GIS. ............. 68
3.7.2 Cài đặt các Plug-in? ..................................................................... 69
3.7.3 Xây dựng bản đồ hiện trạng ........................................................... 69
3.7.4 Xây dựng bản đồ theo quy hoạch xây dựng nông thôn ................. 70
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 76

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




5

MỞ ĐẦU
Xây dựng nông thôn mới là xây dựng nông thôn có kết cấu hạ tầng kinh
tế xã hội từng bƣớc hiện đại cơ cấu kinh tế và các hình thức tổ chức sản xuất
hợp lý, gắn nông nghiệp với phát triển nhanh công nghiệp, dịch vụ, gắn phát
triển nông thôn với đô thị theo quy hoạch; xã hội nông thôn dân chủ, văn
minh, giàu bản sắc văn hóa dân tộc, môi trƣờng sinh thái đƣợc bảo vệ, đời
sống vật chất tinh thần của ngƣời dân ở vùng nông thôn ngày càng đƣợc nâng

cao.
Quy hoạch xây dựng nông thôn mới ở tất cả các xã trên địa bàn toàn
quốc với đầy đủ cơ sở hạ tầng theo một tiêu chí cụ thể bao gồm các hạng mục
công trình nhƣ: Trụ sở UBND xã, nhà văn hóa xã, nhà văn hóa thôn, khu thể
dục thể thao cấp xã, sân thể dục thể thao cấp thôn, trạm y tế, trƣờng học từ
mầm non trở nên, đƣờng trục xã, đƣờng trục thôn, đƣờng ngõ, đƣờng nội
đồng, cầu, cống; quy hoạch khu dân cƣ, xây dựng các khu công nghiệp, khu
xử lý rác thải… Xây dựng nông thôn mới cũng nhằm tiết kiệm đất đai, sử
dụng đất một cách có hiệu quả nhất.
Đề tài “ Xây dựng hệ thống GIS ứng dụng quy hoạch xây dựng nông
thôn” nhằm giúp ngƣời làm quy hoạch có đƣợc những thông tin cần thiết để
lựa chọn phƣơng án tối ƣu trong quá trình quy hoạch. Đồng thời trả lời giúp
các nhà quy hoạch một cách trực quan các câu hỏi nhƣ:
Hạng mục công trình nào chƣa đạt tiêu chí theo quy định?
Khu đất nào cần phải mở rộng?
Mở rộng theo hƣớng nào thì có khả năng thực hiện đƣợc?
Diện tích cần mở rộng là bao nhiêu?
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




6

Những lô đât nào sẽ phải giải phóng?
Diện tích giải phóng là bao nhiêu?
Đất quy hoạch mới ở đâu thì thuận tiện và chi phí thấp?
Vì vậy cần thiết phải có công cụ hỗ trợ cho việc quy hoạch cũng nhƣ
theo dõi trong suốt quá trình thực hiện một cách trực quan và chi tiết trên bản
đồ.

Trong thực tế đã có nhiều phần mềm GIS nhƣ Mapwindow, Arcview,
Mapinfo.. tuy nhiên đây là những phần mềm thƣơng mại nhằm đáp ứng
những công việc chung đồng thời đây không phải là những phần mềm chuyên
dụng những ngƣời không có am hiểu nhiều về GIS gặp khó khăn khi sử dụng.
Chính vì vậy em đã xây dựng hệ thống GIS với các chức năng đƣợc
xây dựng trên nền Mapwindow nhằm đáp ứng các câu hỏi trên, cụ thể là xây
dựng các công cụ hỗ trợ cho việc quy hoạch nông thôn, áp dụng tại xã Thọ
Nghiệp - huyện Xuân Trƣờng - tỉnh Nam Định.
Với những kiến thức học đƣợc và sự giúp đỡ của các thầy cô giáo em
đã tiến hành tìm hiểu và thực hiện đề tài trên. Trong quá trình thực hiện đề tài
không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận đƣợc sự tham gia đóng
góp ý kiến của quý thầy cô giáo và các bạn để đề tài đƣợc hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Nguyễn Đình Hóa đã tận tình giúp
đỡ em hoàn thành đề tài này.
Thái Nguyên, tháng 9 năm 2012
HỌC VIÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




7

Ngô Thanh Khiết

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

8

CHƢƠNG I
GIS VÀ PHÂN TÍCH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN
1.1 Những khái niệm cơ bản về GIS
1.1.1 Hệ thông tin địa lý là gì
Hệ thông tin địa lý “Geographical Information System (GIS)”, là một hệ
thông tin có khả năng thu thập, cập nhật, quản trị và phân tích, biểu diễn dữ
liệu địa lý phục vụ giải quyết các bài toán ứng dụng có liên quan đến vị trí địa
lý trên bề mặt trái đất hoặc đƣợc định nghĩa nhƣ là một hệ thông tin với khả
năng truy nhập tìm kiếm và xử lý, phân tích và truy xuất dữ liệu địa lý nhằm
hỗ trợ cho công tác quản lý quy hoạch tài nguyên thiên nhiên và môi trƣờng.
Công nghệ hệ thông tin địa lý kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông
thƣờng (nhƣ cấu trúc hỏi đáp) và cho phép phân tích thống kê, phân tích địa
lý, trong đó phép phân tích địa lý và hình ảnh đƣợc cung cấp duy nhất từ bản
đồ. Những khả năng này phân biệt của hệ thông tin địa lý với các hệ thông tin
khác và khiến cho hệ thông tin địa lý có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều
kĩnh vực khác nhau (phân tich các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định
chiến lƣợc).
1.1.2 Tại sao phải sử dụng hệ thông tin địa lý
Hệ thống phần mềm trong hệ thông tin địa lý có thể kết nối thông tin về
vị trí địa lý của sự vật với thông tin về bản thân sự vật. Khác với bản đồ trên
giấy, hệ thông tinh địa lý có thể tổ hợp nhiều thông tin, mỗi loại thông tin trên
bản đồ có thể bố trí trên một lớp riêng, ngƣời sử dụng có thể bật hoặc tắt các
lớp thông tin theo nhu cầu của mình. Ví dụ một lớp có thể gồm tất cả các con
đƣờng trong một khu vực. Một lớp khác lại chứa tất cả các thành phố.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

9

Điểm mạnh của hệ thông tin địa lý so với các bản đồ giấy chính là khả
năng cập nhật dữ liệu nhanh và cho phép chon những thông tin cần theo mục
đích sử dụng. Một doanh nhân lập bản đồ khách hàng trong một thành phố sẽ
cần xem những thông tin rất khác với một kĩ sƣ cấp nƣớc là ngƣời lại xem
đƣờng ống nƣớc trong thành phố. Cả 2 có thể bắt đầu từ bản đồ chung, là bản
đồ đƣờng phố và các vùng lân cận của thành phố những thông tin mà họ bổ
xung thêm sẽ khác nhau.
Về tổng quát, sự phát triển của công nghệ thông tin đã dẫn đến sự phát
triển song song tự động hoá công tác thu thập dữ liệu, phân tích dữ liệu, trình
bầy dữ liệu trong nhiều lĩnh vực rộng lớn nhƣ trắc địa bản đồ, địa chất, quy
hoạch phát triển, môi trƣờng. Do có nhiều công việc phải xử lý các thông tin
có liên quan và phối hợp trong nhiều chuyên ngành khác nhau nhƣ bản đồ,
ảnh hàng không, ảnh vệ tinh, các số liệu liên quan trắc, điều tra…. Hay nói
cách khác là cần phải phát triển một hệ thông các công cụ để thu thập, tìm
kiếm, biến đổi, phân tích biến đổi và hiển thị các dữ liệu không gian từ thế
giới thực nhằm phục vụ thực hiện những mục đích cụ thể. Tập hợp các công
cụ trên đã tạo lập ra hệ thông tin địa lý, đó là hệ thống thể hiện các đối tƣợng
từ thế giới thực thông qua các dữ liệu cơ bản:
 Vị trí các đối tƣợng thông qua một hệ toạ độ
 Các thuộc tính của các đối tƣợng
 Quan hệ không gian giữa các đối tƣợng
Nhƣ vậy, nhờ hệ thông tin địa lý ngƣời sử dụng có thể truy vấn thông qua
một dạng câu hỏi để hệ thống có thể trả lời đƣợc là:


Có cái gì ở vị trí này?



Mối quan hệ giữa các đối tƣợng này nhƣ thế nào?

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




10



ở đâu thoả mãn những điều kiện này?



Cái gì đã thay đổi và thay đổi nhƣ thế nào từ thời điểm này đến
thời điểm khác?



Những mẫu không gian nào tồn tại?



Nó sẽ nhƣ thế nào nếu quá trình xẩy ra?

Nhƣ vậy hệ thông tin địa lý khác với hệ thống thông tin quản lý chung
đó là nó chủ yếu mô tả việc nghiên cứu và sự tồn tại của các thực thể không
gian và mối quan hệ giữa chúng. Thuật ngữ “Địa lý ” ở đây đồng nghĩa với
thuật ngữ “không gian”.
Cấu thành cơ bản của hệ thông tin địa lý bao gồm hệ thống xử lý hay
có thể gọi là hệ thống máy tính gồm phần cứng và phần mềm, cơ sở dữ liệu và
đội ngũ cán bộ kỹ thuật cùng ngƣời sử dụng.
Độ phức tạp của thế giới thực là không giới hạn. Do đó, để lƣu trữ đƣợc
dữ liệu không gian của thế giới thực vào máy tính thì phải giảm dữ liệu đến
mức có thể quản lý đƣợc bằng tiến trình trừu tƣợng hoá hay đơn giản hoá nhƣ
hình 1.2.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not

read....


data error !!! can't not
read....



data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....