Đinh thế lực xây dựng CSDL GIS phục vụ quản lý tài nguyên khoáng sản tại tỉnh quảng ninh

LỜI CẢM ƠN
Để thực hiện đề tài khóa luận tốt nghiệp này, em xin chân thành cảm ơn
Ban giám hiệu Trường Đại học Khoa học, Ban lãnh đạo Khoa Khoa học Môi
trường và Trái đất, các thầy giáo, cô giáo, cán bộ trong Khoa đã truyền đạt cho
em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong quá trình học tập, rèn luyện tại
Trường. Em xin gửi lời cảm ơn tới Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh Quảng Ninh
đã cung cấp số liệu, giúp đỡ em hoàn thành đề tài khóa luận.
Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn TS. Kiều Quốc Lập đã tận tình hướng
dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian thưc hiện đề tài này.
Em cũng gửi lời cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè đã luôn ở bên cạnh
động viên, khích lệ em trong suốt quá trình học tập và thời gian em thực hiện đề
tài này.
Trong quá trình thực hiện đề tài khóa luận, em đã có cố gắng nhưng do
kinh nghiệm còn thiếu và kiến thức còn hạn chế nên chắc chắn sẽ không tránh
khỏi thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và
bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày

tháng

Sinh viên

Đinh Thế Lực

1

năm 2018


MỤC LỤC

2


Chữ viết tắt

3

Nghĩa đầy đủ

CSDL

: Cơ sở dữ liệu liệu

GDP

: Thu nhập bình quân đầu người

GIS

: Hệ thống thông tin địa lý

TNMT

: Tài nguyên môi trường

TB

: Trung bình

UTM

: Universal Trasverse Mercator

VN-2000

: Hệ tọa độ quốc gia VN-2000


DANH MỤC CÁC BẢNG

4


DANH MỤC CÁC HÌNH

5


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Việt Nam được đánh giá là Quốc gia có tiềm năng về tài nguyên khoáng
sản với trên 5000 điểm mỏ của hơn 60 loại khoáng sản khác nhau. Ngành công
nghiệp khai khoáng cũng đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển của đất
nước, đóng góp khoảng 11% GDP và 25% thu ngân sách nhà nước. Tuy nhiên,
hoạt động khai thác và sử dụng tài nguyên khoáng sản còn nhiều điểm chế như
hiệu quả kinh tế còn chưa cao, lãng phí, cạn kiệt tài nguyên và để lại nhiều tác
động xấu đối với môi trường, xã hội.
Quảng Ninh có nguồn tài nguyên khoáng sản phong phú, đa dạng, có
nhiều loại đặc thù, trữ lượng lớn, chất lượng cao mà nhiều tỉnh, thành phố trong

cả nước không có được như: than, cao lanh tấn mài, đất sét, cát thủy tinh, đá
vôi… Đặc biệt, Quảng Ninh là trung tâm số 1 của Việt Nam về tài nguyên than
đá, có trữ lượng khoảng 3,6 tỷ tấn. Hiện nay, công tác quản lý tài nguyên khoáng
sản nói chung và tài nguyên khoáng sản than nói riêng vẫn theo phương thức
truyền thống, chưa áp dụng nhiều công cụ quản lý mới mang lại hiệu quả cao
hơn.
Ngày nay, sự phát triển kinh tế xã hội, cùng với sự gia tăng dân số đặc biệt là
sự phát triển của ngành công nghiệp và quá trình đô thị hóa. Kèm theo đó là sự ô
nhiễm môi trường đã và đang làm cho các nguồn tài nguyên khoáng sản dần cạn
kiệt, suy thoái nghiêm trọng, trong đó có cả than đá. Nhu cầu cấp thiết hiện nay đó
là: Sử dụng hợp lý, tiết kiệm, hiệu quả và bền vững. Để đạt được yêu cầu đó thì
việc xây dựng cơ sở dữ liệu tài nguyên khoáng sản để phục vụ cho công tác quản lý
và sử dụng tài nguyên là hết sức cần thiết. Hiện tại và trong tương lai công nghệ
thông tin phát triển rất nhanh và được áp dụng trong mọi lĩnh vực. Nó giúp cho
năng suất và chất lượng của các ngành được nâng lên tầng cao mới. Một trong số
đó chính là hệ thống thông tin địa lý (GIS). Công cụ GIS giúp quản lý dữ liệu hiệu

6


quả và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Một trong số các lĩnh vực mà GIS có
thể áp dụng để quản lý chính là tài nguyên khoáng sản.
Xuất phát từ những nguyên nhân trên, em xin thực hiện đề tài: “Xây dựng
cơ sở dữ liệu GIS phục vụ công tác quản lý tài nguyên khoáng sản than tại tỉnh
Quảng Ninh”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Dựa trên cơ sở là dữ liệu về tài nguyên khoáng sản than trên địa bàn tỉnh
Quảng Ninh, tiến hành thành lập CSDL thông tin và bản đồ chuyên đề về tài
nguyên khoáng sản than để phục vụ công tác quản lý và sử dụng mỏ.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu

Trên cơ sở các mục tiêu đề ra, đề tài tập trung vào các nhiệm vụ sau:
1. Thu thập dữ liệu về tài nguyên khoáng sản than trên địa bàn tỉnh Quảng Ninh.
2. Xây dựng CSDL GIS về tài nguyên khoáng sản than tại tỉnh Quảng Ninh.
3. Xây dựng bản đồ chuyên đề phục vụ công tác quản lý tài nguyên khoáng sản
than tại tỉnh Quảng Ninh.
4. Dự kiến đóng góp của đề tài
* Ý nghĩa trong học tập và nghiêm cứu khoa học:
- Nắm vững các kiến thức về xây dựng cơ sở dữ liệu trên công nghệ GIS.
- Nắm vững các kiến thức về quản lý và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên
khoáng sản.
- Kết hợp lý thuyết quản lý tài nguyên khoáng sản với công nghệ GIS để
ứng dụng vào thực tiễn.
- Sử dụng thành thạo công nghệ GIS - Giúp sinh viên gắn lý thuyết với
thực tế, nhằm hiểu rõ quy trình, bản chất bài học trên lớp.

7


* Ý nghĩa thực tiễn:
- Quá trình tìm hiểu thực tế và nghiên cứu ứng dụng phần GIS vào thực
tế và nghiên cứu mô hình phù hợp dựa trên thông tin sẵn có trên bản đồ địa
chính, bản đồ hiện trạng.
- Góp phần vào công tác quản lý sử dụng nguồn tài nguyên khoáng sản
nói chung và tài nguyên khoáng sản than nói riêng hợp lý, tiết kiệm, hiệu quả
đáp ứng nhu cầu của sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Kết quả
đề tài giúp cho chủ đầu tư, các nhà quản lý có những quyết sách trong đầu tư,
khai thác khoáng sản. Giúp cho công tác quy hoạch, sử dụng tài nguyên khoáng
sản một cách hợp lý và bền vững.
5. Cấu trúc đề tài
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo, phần nội

dung của đề tài gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan tài liệu
Chương 2: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu
Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

8


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Các khái niệm liên quan
* GIS: Hệ thống thông tin địa lý - Geographic Information System (GIS) là
một nhánh của công nghệ thông tin, đã hình thành từ những năm 60 của thế kỷ XX
và phát triển rất mạnh trong những thập niên gần đây. GIS được sử dụng nhằm xử
lý đồng bộ các lớp thông tin không gian (bản đồ) gắn với các thông tin thuộc tính,
phục vụ nghiên cứu, quy hoạch và quản lý các hoạt động theo lãnh thổ.
Ngày nay, ở nhiều quốc gia trên thế giới, GIS đã trở thành công cụ trợ
giúp quyết định trong hầu hết các hoạt động kinh tế - xã hội, an ninh, quốc
phòng, đối phó với thảm hoạ thiên tai, v.v... GIS có khả năng trợ giúp các cơ
quan chính phủ, các nhà quản lý, các doanh nghiệp, các tổ chức và cá nhân trong
đánh giá hiện trạng của các quá trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế - xã hội
thông qua các chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các
thông tin được gắn với một nền bản đồ số nhất quán trên cơ sở toạ độ của các dữ
liệu bản đồ đầu vào.
Để hiểu được khái niệm về Hệ thống thông tin địa lý - GIS, trước hết
chúng ta cần hiểu được các cụm từ “Hệ thống”, “Hệ thống thông tin” và “Thông
tin địa lý”. Theo từ điển bách khoa toàn thư: Hệ thống (Systems) là tập hợp các
phần tử có quan hệ hữu cơ với nhau, tác động chi phối lẫn nhau theo các quy
luật nhất định để trở thành một chỉnh thể. Hệ thống thông tin (Information
Systems) là một hệ thống bao gồm các yếu tố có quan hệ với nhau cùng làm
nhiệm vụ thu thập, xử lý, lưu trữ và phân phối thông tin và dữ liệu. Thông tin

địa lý (Geographical Information) là loại thông tin cho biết đặc điểm đối tượng
và vị trí của đối tượng đó.
Có nhiều định nghĩa về GIS, như:

9


(1) GIS là một tập hợp các phần cứng, phần mềm máy tính cùng với các
thông tin địa lý. Tập hợp này được thiết kế để thu thập, lưu trữ, cập nhật, thao
tác, phân tích, thể hiện tất cả các hình thức thông tin mang tính không gian.
(Theo R. Tomlinson, 1967).
(2) GIS là một hệ thống máy tính có khả năng lưu trữ và sử dụng dữ liệu
mô tả các vị trí (nơi) trên bề mặt trái đất - Một hệ thống được gọi là GIS nếu nó
có các công cụ hỗ trợ cho việc thao tác với dữ liệu không gian. (Theo Wu
Xincai, Viện Không gian địa cầu Trung Quốc, 2010).
(3) GIS là công cụ trên cơ sở máy tính để lập bản đồ và phân tích những
hiện tượng đang tồn tại và các sự kiện xảy ra trên trái đất. (Theo Environmental
System Research Institute ESRI – Mỹ).
(4) GIS là hệ thống phần cứng, phần mềm và các thủ tục được thiết kế
nhằm thu thập, xử lý, phân tích, mô hình hóa và hiển thị các dữ liệu quy chiếu
không gian để giải quyết các vấn đề quản lý và lập kế hoạch. (Theo National
Center for Geography Information and Analysis NCGIA – Mỹ).
Từ những khái niệm trên có thể thấy những điểm chung thống nhất quan
niệm về GIS: là một hệ thống kết hợp giữa con người và hệ thống máy tính cùng
các thiết bị ngoại vi để lưu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị các thông tin địa lý để
phục vụ một mục đích nghiên cứu, quản lý nhất định .
Xét dưới góc độ là công cụ, GIS dùng để thu thập, lưu trữ, biến đổi, hiển
thị các thông tin không gian nhằm thực hiện các mục đích cụ thể.
Xét dưới góc độ là phần mềm, GIS là hệ thống các phần mềm nhằm xử lý
thông tin không gian, phi không gian, thiết lập quan hệ không gian giữa các đối

tượng. Có thể nói các chức năng phân tích không gian đã tạo ra diện mạo riêng
cho GIS.

10


Xét dưới góc độ ứng dụng trong quản lý nhà nước, GIS có thể được hiểu
như là một công nghệ xử lý các dữ liệu có toạ độ để biến chúng thành các thông
tin trợ giúp quyết định phục vụ các nhà quản lý.
Xét dưới góc độ hệ thống, GIS là hệ thống gồm các hợp phần: phần cứng,
phần mềm, cơ sở dữ liệu, phương pháp và con người [8].
*Cơ sở dữ liệu: Cơ sở dữ liệu (Database) được hiểu theo cách định nghĩa
kiểu kĩ thuật thì nó là một tập hợp thông tin có cấu trúc. Cơ sở dữ liệu GIS là
một thành phần quan trọng nhất và được coi là lõi của hệ thống thông tin địa lý.
Tùy theo mục đích và yêu cầu của người dùng mà người ta thiết kế cơ sở dữ liệu
(tổ chức và cấu trúc) có mức độ phức tạp khác nhau. Cơ sở dữ liệu GIS bao gồm
2 thành phần là dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính (còn gọi là dữ liệu phi
không gian) [9].
*Khoáng sản: Theo luật khoáng sản 2010/QH12 thì khoáng sản là
khoáng vật, khoáng chất có ích được tích tụ tự nhiên ở thể rắn, thể lỏng, thể khí
tồn tại trong lòng đất, trên mặt đất, bao gồm cả khoáng vật, khoáng chất ở bãi
thải của mỏ [5].
Trong địa chất học, khoáng sản được định nghĩa là các đá hoặc tập hợp
kháng vật tự nhiên trong vỏ trái đất, tạo thành do các quá trình địa chất xác định,
mà từ đó con người có thể lấy kim loại, các hợp chất hay các khoáng vật để sử
dụng trong nền kinh tế quốc dân.
Tóm lại, khoáng sản là khoáng vật, khoáng chất có ích được tích tụ tự
nhiên hàng ngàn, hàng nghìn năm ở thể rắn, thể lỏng, thể khí tồn tại trong lòng,
trên mặt đất. Khoáng sản là tài nguyên hầu hết không tái tạo được, là tài sản quan
trọng của quốc gia. Giá trị to lớn của khoáng sản cũng như tính phức tạp của các

quan hệ xã hội phát sinh trong quá trình khảo sát, thăm dò, khai thác, chế biến
khoáng sản tất yếu dẫn tới Nhà nước quản lý khoáng sản bằng pháp luật.

11


Than là một loại khoáng chất thuộc khoáng sản. Than bao gồm có than đá,
than gỗ, than non, than xương và than bùn. Trong đó, ở Quảng Ninh tập trung
chủ yếu là than đá và chiếm trữ lượng lớn than đá của Việt Nam.
1.2. Cơ sở dữ liệu GIS
1.2.1. Khái quát về cơ sở dữ liệu GIS
Dữ liệu GIS bao gồm dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính. Dữ liệu
không gian là những mô tả hình ảnh không gian của đối tượng, chúng bao gồm toạ
độ, vị trí, quy luật và các ký hiệu dùng để xác định không gian của đối tượng trên
bản đồ. Hệ thống thông tin địa lý dùng các dữ liệu không gian để tạo ra một bản đồ
hay hình ảnh bản đồ trên màn hình hoặc trên giấy thông qua thiết bị ngoại vi, …
Dữ liệu thuộc tính mô tả số lượng, đặc tính, mối quan hệ của các đối tượng. Dữ liệu
không gian và dữ liệu thuộc tính được liên kết với nhau thông qua mã (Code) đối
tượng, mã đối tượng có tính chất duy nhất.
Dữ liệu GIS được quản lý bởi hệ quản trị cơ sở dữ liệu (Database
Management System – DBMS). Hệ quản trị cơ sở dữ liệu là hệ thống quản lý,
lưu trữ, bảo trì toàn bộ cơ sở dữ liệu. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu cung cấp các
công cụ cho phép người dùng hỏi đáp, tra cứu và tác động vào cơ sở dữ liệu.
1.2.2. Cơ sở dữ liệu bản đồ
Bản đồ thường chứa hai dạng thông tin cơ bản: thông tin không gian mô
tả hình dạng của các đối tượng địa lý và mối quan hệ không gian gữa chúng;
thông tin thuộc tính mô tả các tính chất và số lượng, chất lượng, đặc tính của các
đối tượng.
Bản đồ được coi là nguồn dữ liệu quan trọng, là đầu vào và đầu ra, là
nguyên vật liệu và là sản phẩm của GIS. Ngược lại GIS lại là một công cụ đặc

biệt tiện lợi và hiệu quả để thành lập, cập nhật, khai thác và sử dụng bản đồ.
Cơ sở dữ liệu bản đồ trong GIS là cơ sở dữ liệu bản đồ số. Bản đồ số là
loại bản đồ được thành lập dưới dạng cơ sở dữ liệu máy tính trên cơ sở xử lý số
liệu nhận được từ các thiết bị quét chuyên dụng, ảnh hàng không, ảnh vệ tinh,
12


viễn thám hoặc số hóa các bản đồ giấy, trong đó toàn bộ thông tin về các đối
tượng được mã hóa thành dữ liệu số.
* Các yếu tố của bản đồ:
- Yếu tố nội dung của bản đồ: Sự thể hiện nội dung bản đồ bằng các
phương pháp biểu thị thông qua hệ thống ký hiệu quy ước là bộ phận chủ yếu
của bản đồ, bao gồm các thông tin về các đối tượng và các hiện tượng được biểu
đạt trên bản đồ: sự phân bố, các tính chất, những mối liên hệ, sự biến đổi của
chúng theo thời gian.
- Yếu tố cơ sở toán học của bản đồ: Các quy luật hình học của sự biểu thị
bản đồ phụ thuộc vào cơ sở toán học của bản đồ, bao gồm tỷ lệ; phép chiếu và
mạng lưới toạ độ được dựng trong phép chiếu đó; mạng lưới khống chế trắc địa;
bố cục của bản đồ. Bản chất của phép chiếu bản đồ là sự phụ thuộc hàm số giữa
toạ độ điểm của bề mặt Elipxoit trái đất và hình chiếu của nó trên mặt phẳng. Hệ
thống lưới toạ độ là cơ sở của mọi bản đồ địa lý. Các công tác thành lập bản đồ
bao giờ cũng được bắt đầu từ việc dựng lưới toạ độ và khi sử dụng bản đồ thì
mạng lưới toạ độ chính là cơ sở tiến hành những đo đạc khác nhau trên bản đồ.
- Các yếu tố hỗ trợ bản đồ: Ngoài các yếu tố nội dung và các yếu tố cơ sở
toán học thì bản đồ còn có yếu tố hỗ trợ bao gồm bảng chú giải, thước tỷ lệ và
các đồ thị.
+ Bảng chú giải là "chìa khoá" để người đọc tìm hiểu và khám phá nội
dung bản đồ. Bảng chú giải là bảng ký hiệu có kèm theo lời giải thích ngắn gọn.
Thước tỷ lệ và các đồ thị được sử dụng trong quá trình đo đạc trên bản đồ để
nhanh chóng xác định được các trị số cần thiết.

+ Các yếu tố hỗ trợ còn thể hiện ở những khoảng trống bên ngoài hoặc
trong khung bản đồ bởi các bản đồ phụ, các biểu đồ, đồ thị, các lát cắt, các bảng
thống kê, v.v... nhằm mục đích bổ sung, làm sáng tỏ và làm phong phú thêm về
những phương diện nào đó của nội dung bản đồ.

13


Ngoài ra, bố cục bản đồ (bao gồm khung bản đồ, sự định hướng và sự bố trí
lãnh thổ bản đồ trong khung), sự phân chia các bản đồ có kích thước lớn thành các
mảnh và hệ thống đánh số các mảnh đó cũng là các yếu tố cơ sở toán học của bản đồ.
1.2.3. Các mô hình dữ liệu GIS
a, Mô hình dữ liệu Vector
Xét về mặt toán học, vector là một đoạn thẳng có hướng và có độ dài nhất
định, vị trí của đối tượng không gian được ghi nhận chích xác bằng các toạ độ x,
y trong một hệ toạ độ tham chiếu với hệ toạ độ dùng cho Trái đất. Mô hình dữ
liệu vector mô tả vị trí và phạm vi của các đối tượng không gian bằng tọa độ
cùng các kết hợp hình học gồm nút, cạnh, mặt và quan hệ giữa chúng.
Trong GIS mô hình dữ liệu vector được biểu diễn bởi 3 dạng đối tượng:
đối tượng dạng điểm (point), đối tượng dạng đường (line) và đối tượng dạng
vùng (region hay polygon). Điểm được xác định bằng một cặp tọa độ x,y. Đường
là một chuỗi các cặp tọa độ x,y liên tục. Vùng là khoảng không gian được giới
hạn bởi một tập hợp các cặp tọa độ x,y trong đó điểm đầu và điểm cuối trùng
nhau phản ảnh bởi đường bao khép kín. Mô hình dữ liệu vector coi vật thể tự
nhiên là tập hợp các thực thể không gian cơ sở (điểm, đường và vùng) và tổ hợp
giữa các thực thể này. Các thực thể sơ cấp này được thành lập trên cơ sở các cặp
tọa độ của các điểm trong một hệ tọa độ nhất định.
- Dạng đối tượng điểm (point): Trong mô hình vector, điểm (thực thể địa
lý) được thể hiện như một vector có độ dài bằng không (không thể hiện chiều
dài và diện tích), và vị trí của nó được xác định bởi một cặp tọa độ (x,y) đơn duy

nhất. Ngoài ra, các dữ liệu mô tả điểm đó như ký hiệu, tên gọi…cũng được lưu
trữ cùng với cặp tọa độ. Trên những bản đồ tỷ lệ nhỏ, xét về khía cạnh tổng quát
hóa các đối tượng vùng có thể được thể hiện bằng một điểm (ví dụ điểm trường
học, điểm bệnh viện,…).
- Dạng đối tượng đường (line): Đường được định nghĩa như là tập hợp
các thực thể địa lý được xác định bằng những đoạn thẳng có ít nhất hai hay
nhiều cặp tọa độ. Đường đơn giản nhất là đường nối giữa hai điểm bất kỳ có toạ
độ (xi, yi) và (xj yj) và có thể kèm theo dữ liệu ký hiệu thể hiện nó trên bản đồ.
14


Điểm xuất phát và điểm kết thúc của đường gọi là nút (node). Một cung (arc),
một kênh (chain) hay một chuỗi (string) là tập hợp của n cặp tọa độ biểu thị một
đường cong phức tạp và liên tục. Dạng đối tượng đường trong mô hình dữ liệu
vector có hướng và có độ dài, chúng được ghi nhận hướng của đường theo một
trật tự nhất định, có thể là bắt đầu từ nút i và kết thúc là nút j bất kỳ.
Đường có thể tồn tại kiểu đường thẳng, đường cong hoặc mạng lưới.
Đường thẳng là kiểu đơn giản nhất được tạo thành bởi hai điểm có tọa độ.
Đường cong hay còn gọi là đường gấp khúc tạo nên bằng các đoạn thẳng nhỏ.
Các đoạn thẳng nhỏ này được nối với nhau tại các điểm trung gian gọi là vertex
và toạ độ của chúng cũng được ghi nhận trong GIS. Mạng lưới đường (line
network) là tổ hợp các đoạn thẳng có mối quan hệ mạng lưới với nhau, chúng
liên kết với nhau thông qua các điểm nút (node). Các node cho biết hướng và
xác định góc mà mỗi đoạn cong gắn vào nút, tạo thành mối quan hệ không gian
cho toàn bộ mạng lưới (topology). Trong thực tế các đối tượng được biểu diễn
bằng mạng lưới đường khá điển hình như hệ thống sông ngòi, hệ thống đường
giao thông,…
- Dạng đối tượng vùng (polygon): Vùng là một đối tượng hình học 2
chiều. Đối tượng không gian dạng vùng trong mô hình dữ liệu vector được thể
hiện là một đa giác (polygon) khép kín bởi các đường. Vậy vùng là tổ hợp của

đường khép kín nên toạ độ của vùng tại ranh giới vùng chính là toạ độ của các
điểm (nút hoặc vertex) nằm trong các đường hình thành nên vùng. Khi có bất kỳ
toạ độ nào nằm trong vùng mà không được ghi nhận trong cơ sở dữ liệu vùng,
GIS có thể cho phép đưa ra toạ độ của chúng bằng các modul nội suy một cách
nhanh chóng và chính xác.
Vùng có thể là một đa giác đơn giản hay hợp của nhiều đa giác đơn giản. Do
một vùng được cấu tạo từ các đa giác nên cấu trúc dữ liệu của đa giác phải ghi lại
được sự hiện diện của các thành phần này và các phần tử cấu tạo nên đa giác.
b, Mô hình dữ liệu Raster
Một file ảnh chụp về một đối tượng không gian qua máy ảnh kỹ thuật số
hoặc dữ liệu ảnh vệ tinh là những ví dụ về dữ liệu raster. Raster được định nghĩa
15


như là ma trận không gian của các đơn vị ảnh (picture element) còn gọi là các
pixel. Các pixel có kích thước đồng nhất về mặt hình học, chúng là các ô vuông
nhỏ và được xếp theo các dòng và các cột giống như một lưới ô vuông.

Hình 1.1: Ma trận không gian của một file ảnh raster có cấu trúc pixel

16


Cấu trúc raster là một trong những cấu trúc dữ liệu đơn giản nhất trong
GIS. Nó còn được gọi là “tổ chức theo ô vuông của dữ liệu không gian”. Pixel là
phần tử cơ sở của cấu trúc dữ liệu raster để biểu diễn một đặc trưng địa lý f(x,y)
nào đó, giá trị của pixel chỉ tính chất của đối tượng không gian. Giá trị số của
pixel chính là mã được gắn cho đối tượng không gian (tức là mỗi đối tượng
không gian có một mã nhất định). Giá trị bằng không thường là những pixel chỉ
vùng ngoài khu vực nghiên cứu. Ví dụ các đối tượng đất trồng bắp có mã bằng

1, đất trồng cam có mã bằng 2, đất trồng điều có mã bằng 3, đất trồng mía có mã
bằng 4.

Hình 1.2: Các đối tượng không gian được mã hoá trong mô hình Raster
Như vậy, mô hình Raster biểu diễn không gian như là một ma trận số
nguyên, mỗi một giá trị số nguyên đại diện cho một thuộc tính, vị trí của số
nguyên chính là vị trí của đối tượng. Ma trận không gian từ các ô ảnh này được
mã hoá và lưu trữ trong máy tính theo quy luật nhất định thông qua vị trí của
từng ô ảnh và được tham chiếu tới hệ toạ độ dùng cho Trái đất gọi là hệ toạ độ
Cartsian theo hai trục x và y.
Khác với mô hình dữ liệu Vector, không gian cấu trúc dữ liệu dạng raster
được chia thành các ô. Vị trí của các đối tượng địa lý được xác định bởi vị trí
dòng và cột. Độ phân giải không gian được quyết định bởi kích thước các ô.
Trong cấu trúc dữ liệu raster các đối tượng địa lý cũng được thể hiện bằng các
dạng điểm, đường và vùng.
17


- Đối tượng điểm: được biểu diễn bằng một ô gồm một fixel hay nhiều
fixel tuỳ thuộc vào tỷ lệ ảnh.
- Đối tượng đường: là tập hợp các ô lưới vuông có cùng giá trị f(x,y) nối
tiếp nhau và sắp xếp theo một hướng nhất định. Trong cấu trúc dữ liệu raster
đối tượng đường được biểu diễn bằng những pixel có cùng giá trị f(x,y) liên tiếp
nhau và được xếp theo hàng, cột, như một ma trận điểm nên đường nét không
trơn, có dạng zic-zac.
- Đối tượng vùng: là tập hợp liên tục dày đặc các ô trải theo nhiều phương
khác nhau. Vùng được xác định bằng một mảng gồm nhiều pixel có cùng giá trị
thuộc tính f(x,y) trải rộng ra theo nhiều phương.

Điểm

Vùng

Đường

Hình 1.3: Mô hình cấu trúc Raster
Trên thực tế mỗi pixel có một cặp toạ độ (x,y) duy nhất. Một đối tượng
không gian có kích thước nhỏ hơn một pixel, ví dụ lớn hơn một nửa pixel, sẽ
được coi như là một pixel trọn vẹn và có giá trị về diện tích và toạ độ của chính
pixel mà nó nằm trong. Vì vậy độ phân giải của pixel đóng vai trò hết sức quan
trọng về độ chính xác của dữ liệu Raster. Kích thước được chọn cho một ô lưới
(pixel) của một vùng nghiên cứu phụ thuộc vào độ phân giải dữ liệu yêu cầu cho
phân tích chi tiết. Ô phải đủ nhỏ để nắm bắt chi tiết được yêu cầu, nhưng đủ lớn
để bộ nhớ máy tính và phép toán phân tích có thể thực hiện hiệu quả.

18


1.2.4. Cấu trúc cơ sở dữ liệu GIS
Có hai dạng cấu trúc cơ sở dữ liệu cơ bản trong GIS là cơ sở dữ liệu
không gian và cơ sở dữ liệu thuộc tính. Đặc điểm quan trọng trong tổ chức dữ
liệu của GIS là: dữ liệu không gian (bản đồ) và dữ liệu thuộc tính được lưu trữ
trong cùng một cơ sở dữ liệu (CSDL) và có quan hệ chặt chẽ với nhau.
* Cơ sở dữ liệu không gian:
Đây là dạng dữ liệu cơ bản của một hệ thống thông tin địa lý. Dạng dữ
liệu này bao gồm các thông tin có tính đồ họa chỉ rõ hình dạng, phạm vị không
gian, vị trí địa lý của một thực thể trong thế giới thực được khái quát hóa thành
các đặc tính địa lý như điểm, đường hay vùng trên bản đồ. Trong máy tính số,
dữ liệu không gian của các thực thể có thể được biểu diễn theo hai mô hình
Raster và Vector.

Các đối tượng không gian trong GIS được nhóm theo ba loại đối tượng:
điểm (poit), đường (line) và vùng (polygon):
- Điểm dùng để biểu diễn các đối tượng phân bố theo dạng điểm như: các
điểm dân cư, nhà máy, trụ điện, trường học, công viên,.. Phương pháp biểu diễn
thường dùng các ký hiệu (hình vẽ, biểu tượng, hình học, chữ viết) đặt vào đúng
vị trí của đối tượng trên bản đồ.
- Đường dùng để biểu diễn các đối tượng phân bố theo dạng tuyến
(đường) như: đường giao thông, sông ngòi đường ranh giới tiếp giáp,… Các ký
hiệu đường phản ánh được sự đồng dạng và hướng của đối tượng, nhưng không
thể hiện được tỉ lệ độ lớn của đối tượng.
- Vùng dùng để biểu diễn các đối tượng phân bố theo dạng vùng trên một
diện tích nhất định, như: vùng hành chính, vùng trồng lúa, vùng nuôi tôm, vùng
ô nhiễm,… Các ký hiệu vùng phản ánh được cả về vị trí, hình dạng và kích
thước của đối tượng.
Trong mỗi kiểu cấu trúc dữ liệu, cách tổ chức dữ liệu cho ba đối tượng
không gian trên khác nhau. Tuỳ tỷ lệ hoặc mức độ chi tiết mà các đối tượng
không gian được thiết kế trong GIS khác nhau.
19


20


* Cơ sở dữ liệu thuộc tính:
Cơ sở dữ liệu thuộc tính dùng để mô tả đặc điểm của đối tượng. Dữ liệu
thuộc tính có thể là định tính - mô tả chất lượng (qualitative) hay là định lượng –
mô tả số lượng (quantative). Về nguyên tắc, số lượng các thuộc tính của một đối
tượng là không có giới hạn. Để quản lý dữ liệu thuộc tính của các đối tượng địa
lý trong CSDL, GIS đã sử dụng phương pháp gán các giá trị thuộc tính cho các
đối tượng thông qua các bảng số liệu. Mỗi bản ghi (record) đặc trưng cho một

đối tượng địa lý, mỗi cột của bảng tương ứng với một kiểu thuộc tính của đối
tượng đó.
Dữ liệu thuộc tính mô tả về đặc tính, đặc điểm và các hiện tượng xảy ra
tại vị trí địa lí xác định mà chúng khó hoặc không thể biểu thị trên bản đồ được.
Cơ sở dữ liệu thuộc tính GIS thường có 4 loại cơ bản:
- Ðặc tính của đối tượng: liên kết chặt chẽ với các thông tin đồ thị, các dữ
liệu này được xử lí theo ngôn ngữ hỏi đáp cấu trúc và phân tích.
- Dữ liệu tham khảo địa lý: Mô tả các sự kiện hoặc hiện tượng xảy ra tại
một vị trí xác định.
- Chỉ số địa lý: là các chỉ số về tên, địa chỉ, khối, phương hướng định vị,...
liên quan đến các đối tượng địa lí, được lưu trữ trong GIS để chọn, liên kết và
tra cứu dữ liệu trên cơ sở vị trí địa lý mà chúng đã được mô tả bằng các chỉ số
địa lý xác định.
- Quan hệ không gian giữa các đối tượng: loại thuộc tính này rất quan
trọng cho các chức năng xử lý của GIS. Các mối quan hệ không gian có thể đơn
giản hay phức tạp như sự liên kết, khoảng cách tương thích, mối quan hệ topo
giữa các đối tượng.
1.3. Căn cứ xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ quản lý khoáng sản than
tại tỉnh Quảng Ninh
1.3.1. Nguồn dữ liệu
Dữ liệu nền: Bản đồ hành chính tỉnh Quảng Ninh, bản đồ địa hình tỉnh
Quảng Ninh, bản đồ địa chất tỉnh Quảng Ninh.
21


Thông tin về các mỏ khoáng sản thu thập được qua Sở tài nguyên và môi
trường, quy hoạch ngành than Việt Nam và các chủ mỏ, ngoài ra còn tham khảo
các số liệu qua sách, báo, báo cáo.
Việc quản lý tài nguyên khoáng sản than cần các thông tin theo báo cáo
thăm dò và theo quy hoạch ngành than. Theo báo cáo thăm dò cần các thông tin:

Tên mỏ, mức độ nghiên cứu, tọa độ các mỏ. Theo quy hoạch cần các thông tin:
Tên dự án, tên mỏ, tọa độ mốc giới các dự án, trữ lượng, công suất.
1.3.2. Cơ sở pháp lý
- Luật đất đai được Quốc hội thông qua ngày 29 tháng 11 năm 2013 có hiệu lực từ
ngày 01/7/2014;
- Nghị định số 43/2014/NĐ-CP, ngày 15/05/2014 của Chính phủ về việc thi hành
Luật Đất đai;
- Luật khoáng sản số 60/2010/QH 12 ngày 17 tháng 11 năm 2010.
- Nghị định số 158/2016/NĐ-CP ngày 29/11/2016 của Chính phủ quy định chi tiết
một số điều của Luật khoáng sản;
- Luật Công nghệ thông tin được Quốc hội thông qua ngày 29/06/2006, có hiệu
lực từ ngày 01/01/2007;
- Quyết định số 179/2004/QĐ-TTg ngày 06/10/2004 của Thủ tướng Chính phủ
phê duyệt Chiến lược ứng dụng và phát triển công nghệ thông tin tài nguyên và
môi trường đến năm 2015 và định hướng đến năm 2020;
- Nghị định số 73/2017/NĐ-CP ngày 14/06/2017 của Thủ tướng Chính phủ về
việc thu thập, quản lý, khai thác và sử dụng thông tin, dữ liệu tài nguyên và môi
trường.
1.4. Tình hình nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu GIS trong quản lý khoáng sản
1.4.1. Trên thế giới
Công nghệ thông tin địa lý (gọi tắt là GIS - Geographic Information
System) - được hình thành vào những năm 1960, và phát triển rất rộng rãi trong
10 năm lại đây. Hiện nay các quốc gia phát triển việc ứng dụng GIS đã chuyển
22


sang lĩnh vực thương mại và hướng dẫn phục vụ cộng đồng. Vấn đề quản lý dữ
liệu thông tin mỏ khoáng sản hiện nay cũng đang là một vấn đề đang được các
công ty phần mềm tiếp cận và triển khai. Phần lớn các công ty phát triển các
modul quản lý trong phần mềm xây dựng. Các modul trong AutoCad, MapInfo,

ArcInfo, ArcGIS … để quản lý các đối tượng trong bản vẽ chưa hoàn toàn quản
lý dữ liệu mỏ khoáng sản. Cơ sở dữ liệu mỏ khoáng sản có khối lượng thông tin
khổng lồ và mỗi nước lại có đặc thù riêng cho nên chưa có phần mềm riêng
quản lý dữ liệu khoáng sản. Tuy nhiên, đã có rất nhiều đề tàu nghiên cứu ứng
dụng các phần mềm để xây dựng CSDL GIS về tài nguyên khoáng sản.
Năm 2002, các tác giả Wang Yuhuai, Hu Debin, Li Xiangyi của trường
Đại học Laoning, Trung Quốc đã thực hiện đề tài Ứng dụng GIS trong quản lý
tài nguyên khoáng sản [12].
Năm 2010, 2 tác giả Li Haifeng, Li Jiu-gang của trường Đại học Tứ
Xuyên, Trung Quốc đã thực hiện nghiên cứu đề tài Quy hoạch tài nguyên
khoáng sản dựa trên hệ thống thông tin địa lý [11].
Năm 2010, 2 tác giả Trung Quốc là Xuicai Guio và Qiannag Zhang của
trường Kỹ thuật Điện và Kiểm soát, Đại học Khoa học và công nghệ Tây An,
Trung Quốc đã thực hiện đề tài Ứng dụng công nghệ GIS trong hệ thống quản lý
thông tin đồ họa mỏ. Trong đề tài này, dựa và hiện trạng các mỏ tác giả đã xây
dựng hệ thống phân bố các mỏ và xây dựng cơ sở dữ liệu GIS về các mỏ khoáng
sản để phục vụ công tác quản lý [10].
Ngoài các đề tài nghiên cứu kể trên, trên thế giới còn rất nhiều đề tài
nghiên cứu về xây dựng CSDL GIS trong quản lý tài nguyên khoáng sản.
1.4.2. Ở Việt Nam
Ở Việt Nam, GIS bắt đầu xuất hiện từ những năm 1990 thông qua các dự
án hợp tác quốc tế, các chương trình nghiên cứu của LHQ. Năm 1995, Bộ
KH&CN triển khai dự án ứng dụng GIS trong quản lý tài nguyên thiên nhiên và
giám sát môi trường trên lãnh thổ Việt Nam và ở các tỉnh. Hiện nay các bản đồ
23


GIS về hành chính của Việt Nam được phát triển nhiều trên các website chính
phủ và các bộ, địa phương. Hiện nay website về khoáng sản chủ yếu để giới
thiệu cho cộng đồng có tính chất khái quát không có tính chất chuyên sâu về

quản lý và các dữ liệu. Công tác quản lý khoáng sản như trữ lượng, tọa độ cấp
phép là tài liệu tuyệt mật không cho phép quảng bá cho nên các tỉnh chưa có
phần mềm chuyên dụng để quản lý dữ liệu khoáng sản.
Năm 2007 Liên đoàn Địa chất Xạ hiếm đã tiến hành "Thống kê, kiểm kê
tài nguyên khoáng sản rắn (trừ vật liệu xây dựng thông thường); đánh giá hiện
trạng khai thác, sử dụng và đề xuất biện pháp quản lý”. Trong đề tài này các tác
giả đã đưa ra phần mềm Cơ sở dữ liệu thống kê – kiểm kê khoáng sản Chương
trình này được viết trực tiếp trên Microsoft Office Access. Trong phần mềm này
các tác giả đã quản lý cơ bản những yếu tố dữ liệu thông tin, chưa có sự liên kết
với dữ liệu bản đồ cũng như chưa quản lý các hình ảnh, video, văn bản liên quan
đến mỏ.
Năm 2013 Sở tài nguyên và môi trường tỉnh Ninh Thuận đã triển khai
thực hiện đề tài Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ công tác quản lý và khai
thác tài nguyên khoáng sản tỉnh Ninh Thuận. Theo nội dung đề tài, các thông tin
về tài nguyên khoáng sản được số hóa, kết hợp hệ thống thông tin địa lý GIS
để xây dựng thành hệ thống cơ sở dữ liệu theo hướng đa mục tiêu, đa tỷ lệ theo
chuẩn GIS mở trên nền dữ liệu bản đồ của tỉnh; đồng thời xây dựng và sử
dụng công cụ WebGIS để đưa các thông tin lên mạng Internet, Intranet, mạng
nội bộ một cách linh hoạt, tích hợp được với trang thông tin điện tử của Sở Tài
nguyên và Môi trường (dưới dạng thông tin điện tử liên kết trực tuyến) làm cho
các Website được xây dựng và hỗ trợ CSDL động, giúp cho việc tìm kiếm, cập
nhật, bổ sung, khai thác thông tin một cách trực tuyến, đa dạng và hiệu quả. Từ
các cơ sở dữ liệu đã xây dựng, ngoài chương trình quản trị, còn dễ dàng bổ sung
thêm các chương trình phần mềm tính toán mô phỏng có khả năng dự báo sự
thay đổi của tài nguyên khoáng sản [7].

24


Năm 2013, các tác giả Lê Thanh Huệ, Nguyễn Kim Long, Nguyễn Thế

Bình của trường Đại học Mỏ - Địa chất đã thực hiện đề tài Ứng dụng công nghệ
thông tin trong quản lý dữu liệu thông tin địa chất khoáng sản tỉnh Gia Lai. Đề
tài sử dụng phần mềm GEOMAPGP dđê xây dựng cơ sở dữ liệu về khoáng sản,
mỏ đã được quy hoạch, cấp phép khai thác, khai thác trên đại bàn tỉnh Gia Lai.
Cơ sở dữu liệu bản đồ được lưu trữ dưới dạng file của phần mềm MapInfor [4].
Ngoài các đề tài kể trên còn rất nhiều đề tài nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ
liệu GIS phục vụ quản lý tài nguyên khoáng sản. Tác giả đã tham khảo, kế thừa
những phương pháp nghiên cứu, các bước tiến hành của các đề tài đã nghiên cứu
để phục vụ thực hiện đề tài này.

25