Ứng dụng GIS trong xây dựng cơ sở dữ liệu hạ tầng đô thị phục vụ giảm thiểu tai biến ngập lụt

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-----------*-----------

HOÀNG VĂN TÙNG

ỨNG DỤNG GIS TRONG XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU HẠ TẦNG ĐÔ THỊ PHỤC VỤ GIẢM THIỂU TAI BIẾN NGẬP LỤT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI - 2018


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
--------------------

HOÀNG VĂN TÙNG

ỨNG DỤNG GIS TRONG XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU HẠ TẦNG ĐÔ THỊ PHỤC VỤ GIẢM THIỂU TAI BIẾN NGẬP LỤT

Chuyên ngành: Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý
Mã số: 60440214

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:

TS. Nguyễn Hữu Xuân

TS. Bùi Quang Thành
XÁC NHẬN HỌC VIÊN ĐÃ CHỈNH SỬA THEO Ý KIẾN CỦA HỘI ĐỒNG
Giáo viên hướng dẫn

Chủ tịch Hội đồng chấm luận văn
Thạc sĩ khoa học

TS. Bùi Quang Thành

Hà Nội - 2018
2

PGS. TS Đinh Thị Bảo Hoa


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực, đầy đủ và chưa được sử dụng để
bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan, mọi sự giúp đỡ cho việc nghiên cứu thực tế tại địa phương để thực hiện luận văn này đã được
cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Tác giả luận văn

HOÀNG VĂN TÙNG


3


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được bản luận văn này, trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn TS. Bùi Quang Thành, Khoa Địa lý,
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên và TS. Nguyễn Hữu Xuân, Khoa Địa lý, Đại học Quy Nhơn đã trực tiếp hướng dẫn
tôi trong suốt thời gian tôi thực hiện đề tài.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự góp ý chân thành của các thầy, cô giáo tại khoa Địa lý, khoa Sau Đại học - Trường

Đại học Khoa học tự nhiên Đại học quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn Phòng Quản lý Đô thị - UBND Thành phố Phủ Lý đã giúp đỡ tôi trong thời gian nghiên
cứu, thực hiện đề tài.
Trong nghiên cứu có sử dụng một số kết quả và tham gia cùng nhóm nghiên cứu thực hiện đề tài cấp Nhà nước
"Nghiên cứu kết hợp ảnh viễn thám quang học và radar thành lập bản đồ chuyên đề quân sự, hỗ trợ đánh giá địa
hình lãnh thổ Việt Nam và vùng phụ cận phục vụ nhiệm vụ quốc phòng" (mã số VT-UD.05/16-20 thuộc Chương
trình KHCN Vũ trụ giai đoạn 2016-2020 do TS Hoàng Minh Ngọc, Cục Bản đồ/BTTM làm Chủ nhiệm đề tài). Xin chân
thành cám ơn.
Nghiên cứu này cũng được tài trợ bởi Quỹ phát triển khoa học và công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) trong đề tài mã
số 105.99-2016.05 do TS. Bùi Quang Thành làm chủ nhiệm. Xin được trân trọng cám ơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn tới những người thân trong gia đình và đồng nghiệp đã khích lệ, tạo những điều kiện tốt
nhất cho tôi trong quá trình thực hiện đề tài này.
Một lần nữa tôi xin trân trọng cảm ơn!

Tác giả luận văn

HOÀNG VĂN TÙNG

4


MỤC LỤC
 LỜI CẢM ƠN   4 
 DANH MỤC HÌNH 

8

 DANH MỤC BẢNG 

 10 

 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 

 11 

 1. Tính cấp thiết của đề tài 

 13 

 2. Mục tiêu nghiên cứu, câu hỏi nghiên cứu:
 2.1 Mục tiêu nghiên cứu:

 14 

 14 

 2.2 Câu hỏi nghiên cứu: 14 
 3. Nhiệm vụ nghiên cứu 

 15 

 4. Phƣơng pháp nghiên cứu 

 15 

 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 

 17 

 1.1 Các ứng dụng GIS đô thị trên thế giới và tại Việt Nam   17 

 1.1.1 Lịch sử và xu thế phát triển GIS đô thị 

 17 

 1.1.2 Các ứng dụng GIS đô thị trên thế giới 

 19 

 1.1.3 Các ứng dụng GIS đô thị tại Việt Nam 

 20 

 1.2 Giới thiệu hệ thống GIS đô thị 

 25 

 1.2.1 Thông tin và hạ tầng đô thị 

 25 

 1.2.2 Định nghĩa hệ thống thông tin địa lý (GIS)

 32 

 1.2.3 Các nguyên lý GIS cơ bản   36 
 1.3 Quy trình nghiên cứu ứng dụng GIS trong quản lý hạ tầng đô thị phục vụ 
 giảm thiểu tai biến ngập lụt 

 43 

 CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ, XÂY 
 DỰNG HỆ THỐNG GIS HẠ TẦNG ĐÔ THỊ   45 
 2.1 Tổng quan về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, cơ sở hạ tầng Thành phố 
 Phủ Lý, tỉnh Hà Nam 

 45 

 2.1.1 Điều kiện tự nhiên 

 45 

 2.1.2 Điều kiện kinh tế xã hội 

 47 

 2.1.3 Điều kiện cơ sở hạ tầng 

 49 

5


 2.2. Cơ sở xây dựng GIS hạ tầng đô thị 

 53 

 2.2.1 Quy trình ứng dụng công nghệ GIS trong quản lý hạ tầng đô thị 
 2.2.2 Đánh giá hiện trạng và nhu cầu sử dụng GIS hạ tầng đô thị 

 54 

 2.2.3 Cơ sở xác định khung thông tin và lựa chọn chuẩn GIS hạ tầng đô thị 
 2.3 Thiết kế hệ thống GIS hạ tầng đô thị   57 
 2.3.1 Xác định mục tiêu 

 57 

 2.3.2 Thiết kế mô hình tổng thể GIS hạ tầng đô thị  57 
 2.3.3 Thiết kế cấu trúc các lớp dữ liệu GIS hạ tầng đô thị 

 58 

 2.4 Thu thập và xây dựng hệ thống GIS hạ tầng đô thị 

 69 

 2.4.1 Nguồn và phương pháp thu thập dữ liệu đô thị 

 69 

 2.4.2 Triển khai khảo sát thu thập dữ liệu hạ tầng đô thị 

 72 

 2.4.3 Quy trình xử lý, biên tập và xây dựng CSDL GIS 

 74 

 2.4.4 Chuyển đổi dữ liệu sẵn có vào CSDL GIS hạ tầng đô thị 
 2.4.5 Tích hợp và hoàn thiện CSDL GIS hạ tầng đô thị 

 2.5 Tổ chức quản lý hệ thống GIS hạ tầng đô thị 
 2.5.1 CSDL GIS nền đô thị 

 82 

 83 

 84 

 2.5.2 CSDL GIS hạ tầng giao thông đô thị   87 
 2.5.3 CSDL GIS cấp nước đô thị   90 
 2.5.4 CSDL GIS thoát nước và xử lý nước thải đô thị 

 93 

 2.5.5 CSDL GIS chất thải rắn và vệ sinh môi trường đô thị   96 
 2.5.6 CSDL GIS cây xanh đô thị   99 
 2.5.7 CSDL GIS hạ tầng kỹ thuật đô thị khác 

 102 

 CHƢƠNG 3. KHAI THÁC SỬ DỤNG GIS HẠ TẦNG ĐÔ THỊ 

 103 

 3.1 Các chức năng phân tích của GIS hạ tầng đô thị 

 103 

 3.2 Tra cứu và hiển thị thông tin hạ tầng đô thị 

 3.3 Lập báo cáo hiện trạng hạ tầng đô thị  107 
 3.3.1 Lập báo cáo sử dụng đất đô thị 

 107 

 3.3.2 Lập báo cáo giao thông đô thị 

 110 

 3.3.3 Lập báo cáo hạ tầng đô thị khác 

 111 

6

 104 

 53 

 78 

 55 


 3.4 Các ứng dụng phân tích tổng hợp GIS hạ tầng đô thị 
 3.4.1 Đánh giá nguy cơ môi trường đô thị 

 112 

 112 

 3.4.2 Quản lý xây dựng   113 
 3.4.3 Điều chỉnh hoặc lập mới quy hoạch đô thị 

 114 

 3.5 Ứng dụng CSDL đô thị trong nghiên cứu ngập lụt 

 114 

 3.5.1 Quản lý và giảm thiểu nguy cơ ngập lụt đô thị 

 115 

 3.5.2 Không gian và mức độ ảnh hưởng của ngập lụt 

 116 

 3.5.3Xác định và thành lập bản đồ phạm vi ảnh hưởng do ngập lụt   118 
 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 

 124 

 TÀI LIỆU THAM KHẢO   126 
 PHỤ LỤC 

 129 

 A. KẾT QUẢ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ 

 129 

 B. MỘT SỐ VỊ TRÍ ĐO GPS VÀ HÌNH ẢNH THỰC ĐỊA TẠI THÀNH PHỐ 
 PHỦ LÝ – TỈNH HÀ NAM 

 136 


7


DANH MỤC HÌNH
 Hình 1.1: Các ứng dụng đa dạng của công nghệ GIS (Nguồn: ESRI)

 18 

 Hình 1.2: Xu thế công nghệ GIS tăng cường khả năng chia sẻ và tính tiện dụng cho 
 người dùng (Nguồn: ESRI)

 19 

 Hình 1.3: Quy trình nghiên cứu quy hoạch hệ thống cơ sở hạ tầng đô thị 

 28 

 Hình 1.4: Tháp thông tin đô thị với luồng thông tin được tổng hợp và chính sách 
 được đưa vào hoạt động 

 30 

 Hình 1.5: Các thành phần chính tạo nên hệ thống thông tin địa lý (GIS)

 33 

 Hình 1.6: Các chức năng chính của GIS hạ tầng kỹ thuật đô thị [24].  34 
 Hình 1.7: Mô hình thể hiện các đối tượng địa lý bằng các lớp bản đồ trong GIS 
(Nguồn: ESRI)  37 
 Hình 1.8: Mô hình dữ liệu vector và raster (Nguồn: ESRI)

 38 

 Hình 1.9: Các lớp dữ liệu GIS cần được đưa về cùng 1 hệ tọa độ thực 
 Hình 1.10: Các thông số của Hệ tọa độ quốc gia VN2000 

 39 

 40 

 Hình 1.11: Mô hình CSDL quan hệ đối với các bảng dữ liệu thuộc tính trong GIS 41 
 Hình 1.12: Mô hình CSDL quan hệ không gian 

 42 

 Hình 1.13: Quy trình nghiên cứu ứng dụng GIS trong quản lý hạ tầng đô thị phục 
 vụ giảm thiểu tai biến ngập lụt   43 
 Hình 2.1: Quy trình ứng dụng công nghệ GIS trong quản lý hạ tầng đô thị 
 Hình 2.2: Quy định hiện hành về quản lý hạ tầng đô thị 

 56 

 Hình 2.3: Mô hình tổng thể GIS hạ tầng đô thị TP. Phủ Lý 

 58 

 Hình 2.4: Mô hình quản lý CSDL GIS tích hợp cấp đô thị trong ArcGIS 

 54 

 59 

 Hình 2.5: Nguồn thông tin dữ liệu hạ tầng đô thị   71 
 Hình 2.6: Quy trình xử lý, biên tập và xây dựng CSDL hạ tầng đô thị   74 
 Hình 2.7: Mô hình chuyển đổi dữ liệu vào phần mềm ArcGIS 

 78 

 Hình 2.8: Cập nhật dữ liệu hạ tầng đô thị từ khảo sát GPS   79 
 Hình 2.9:Cập nhật bản đồ hạ tầng đô thị từ dữ liệu đo vẽ   79 
 Hình 2.10: Cách chuyển đổi dữ liệu từ AutoCAD sang định dạng ArcGIS 
 Hình 2.11: Ảnh vệ tinh khu vực phường Châu Sơn, TP Phủ Lý 

 81 

 Hình 2.12: Cập nhật dữ liệu giao thông đô thị TP Phủ Lý từ ảnh vệ tinh 
 Hình 2.13: Cây thư mục của CSDL GIS hạ tầng đô thị TP Phủ Lý 

 80 

 82 

 81 


 Hình 2.14: Tổ chức tích hợp các lớp dữ liệu trong CSDL GIS hạ tầng đô thị 

 83 

 Hình 2.15: Dữ liệu nền địa hình DEM cho CSDL GIS hạ tầng đô thị TP Phủ Lý   86 
8


 Hình 2.16: Bản đồ hành chính TP Phủ Lý được biên tập từ nhóm dữ liệu nền và dữ 
 liệu hành chính đô thị   87 
 Hình 2.17: Bản đồ hạ tầng giao thông đường phố TP Phủ Lý 
 Hình 2.18: Bản đồ mạng lưới cấp nước đô thị TP Phủ Lý 

 90 

 92 

 Hình 2.19: Vị trí và thông tin chi tiết nhà máy nước số 1 - TP. Phủ Lý   92 
 Hình 2.20: Bản đồ hạ tầng thoát nước đô thị TP Phủ Lý 

 95 

 Hình 2.21: Vị trí và thông tin chi tiết công trình xử lý nước thải TP. Phủ Lý 
 Hình 2.22: Bản đồ hạ tầng quản lý CTR và VSMT đô thị TP Phủ Lý 

 96 

 98 

 Hình 2.23: Vị trí và thông tin chi tiết khu chôn lấp và xử lý CTR TP Phủ Lý 

 98 

 Hình 2.24: Vị trí và thông tin chi tiết công trình nghĩa trang đô thị TP Phủ Lý   99 
 Hình 2.25: Bản đồ đất cây xanh và tuyến cây xanh đô thị chi tiết khu vực trung tâm 
 TP Phủ Lý 

 101 

 Hình 3.1: Kết quả tra cứu thuộc tính để tìm tên đường của TP Phủ Lý 

 104 

 Hình 3.2: Kết quả tra cứu thuộc tính để tìm phường xã của TP Phủ Lý có dân số 
 nằm trong khoảng 6.500 – 7.000 người   105 
 Hình 3.3: Kết quả tra cứu không gian để tìm số nhà dân TP Phủ Lý nằm trong diện 
 giải phóng mặt bằng khi mở rộng đường Trường Chinh 

 106 

 Hình 3.4: Kết quả tra cứu không gian để tìm các tuyến phố tại TP Phủ Lý cần lập lộ 
 trình cho xe chuyên dụng vận chuyển rác  106 
 Hình 3.5:Thống kê tổng diện tích các loại hình sử dụng đất TP Phủ Lý năm 2007 
 107 
 Hình 3.6: Báo cáo thống kê tổng diện tích các loại hình sử dụng đất TP Phủ Lý 
 năm 2007 

 108 

 Hình 3.7: Bản đồ hiện trạng sử dụng đất TP Phủ Lý năm 2007 

 109 

 Hình 3.8: Quy trình GIS tích hợp số liệu không gian và thuộc tính tại cấp đơn vị 
 hành chính (phường xã)

 109 

 Hình 3.9: Bản đồ phân bố tỷ lệ đất xây dựng đô thị theo phường xã tại TP Phủ Lý 
 năm 2007 

 110 

 Hình 3.10: Báo cáo thống kê giao thông phường xã TP Phủ Lý theo chất liệu làm 
 đường 

 111 

 Hình 3.11: Bản đồ phân khu phục vụ giám sát việc thực hiện quy hoạch đô thị tại 


 TP Phủ Lý 

 113 

 Hình 3.12 Quy trình xác định khu vực bị tổn thương do ngập lụt 
 Hình 3.13 Sơ đồ quy trình thành lập bản đồ ngập lụt 

9

 117 

 116 


 Hình 3.14 Thông tin về các khu vực ngập lụt 

 117 

 Hình 3.15 Bản đồ xác định các khu vực ngập lụt 

 118 

 Hình 3.16: Sơ đồ quy trình xác định và thành lập bản đồ phạm vi ảnh hưởng do 
 ngập lụt 

 119 

 Hình 3.17 Bản đồ phạm vi ảnh hưởng do ngập lụt   120 
 Hình 3.18: Bản đồ phạm vi ảnh hưởng do ngập lụt đến loại hình sử dụng đất   120 
 Hình 3.19: bản đồ phạm vi ảnh hưởng do ngập lụt đến các công trình nhà 

 122 

 Hình 3.20: Bản đồ phạm vi ảnh hưởng do ngập lụt đến hệ thống đường giao thông 
 đô thị 

 123 

DANH MỤC BẢNG
 Bảng 1.1: Hiện trạng phân bố dân cư Thành phố Phủ Lý năm 2010   48 
 Bảng 2.1: Cấu trúc nhóm lớp dữ liệu nền đô thị 

 60 

 Bảng 2.2: Cấu trúc nhóm lớp dữ liệu đất và nhà ở đô thị 

 62 

 Bảng 2.3: Cấu trúc nhóm lớp dữ liệu hạ tầng giao thông đô thị 

 63 

 Bảng 2.4: Cấu trúc nhóm lớp dữ liệu hạ tầng cấp nước đô thị 

 64 

 Bảng 2.5: Cấu trúc nhóm lớp dữ liệu hạ tầng thoát nước và xử lý nước thải đô thị 65 
 Bảng 2.6: Cấu trúc nhóm lớp dữ liệu hạ tầng quản lý chất thải rắn   66 
 Bảng 2.7: Cấu trúc nhóm lớp dữ liệu hạ tầng nghĩa trang và vệ sinh môi trường .. 67 
 Bảng 2.8: Cấu trúc nhóm lớp dữ liệu hạ tầng cây xanh và mặt nước   68 
 Bảng 2.9: Bảng phân loại lớp dữ liệu ranh giới hành chính   84 
 Bảng 2.10: Bảng cấu trúc dữ liệu thuộc tính lớp dữ liệu Tim đường   88 
 Bảng 2.11: Bảng cấu trúc dữ liệu thuộc tính lớp dữ liệu Đường ống cấp nước   90 
 Bảng 2.12: Bảng cấu trúc dữ liệu thuộc tính lớp dữ liệu Đường cống thoát nước .. 93 
 Bảng 2.13: Bảng cấu trúc dữ liệu thuộc tính lớp dữ liệu Trạm trung chuyển rác 
 Bảng 2.14: Bảng cấu trúc dữ liệu thuộc tính lớp dữ liệu Cây xanh đường phố   100 
 Bảng 3.1: Thống kê các loại hình sử dụng đất bị ảnh hưởng do ngập lụt:

 Bảng 3.2: Thống kê số lượng công trình nhà dân bị ảnh hưởng 

 121 

 122 

 Bảng 3.3: Thống kê chiều dài các loại đường giao thông bị ảnh hưởng 

 123 

 96 


10


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
BXD

Bộ Xây dựng

CDS

Chiến lược phát triển đô thị

CMS

Công cụ quản trị nội dung

CP

Chính phủ

CSDL

Cơ sở dữ liệu

CTR

Chất thải rắn

DBMS

Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu

DSS

Hệ thống hỗ trợ ra quyết định

ĐVHC

Đơn vị hành chính

ESRI

Viện nghiên cứu hệ thống môi trường – Hãng ESRI với phần

GIS
GNSS
GPS

HĐND
HT
HTKT
HTXH
KCN
KHCN&MT
KH&ĐT

mềm ArcGIS
Hệ thống thông tin địa lý
Hệ thống định vị từ vệ tinh
Hệ thống định vị toàn cầu (của Mỹ)
Hội đồng nhân dân
Hạ tầng
Hạ tầng kỹ thuật
Hạ tầng xã hội
Khu công nghiệp
Khoa học, Công nghệ và Môi trường
Kế hoạch và Đầu tư
KKT
KTQH

Khu kinh tế
Kiến trúc quy hoạch
KT-XH
LAN
MTĐT

Kinh tế - xã hội
Mạng nội bộ

Môi trường đô thị
MSL
NĐ

Độ cao trung bình mặt nước biển
Nghị định
NUUP
Chương trình nâng cấp đô thị quốc gia
11


PGSPhó giáo sưPSSHệ thống hỗ trợ quy hoạchPTĐTPhát triển đô thịQĐQuyết địnhQHQuy hoạchQLQuản
lýQLNNQuản lý nhà nướcSở XDSở Xây dựngSở TN&MTSở Tài nguyên và Môi trườngSTTSố thứ tựTCTKTổng cục
thống kêTPThành phốTTThị trấnTXThị xãUBNDỦy ban nhân dânURENCOCông ty môi trường đô thịViện KT,
QHĐT&NTViện Kiến trúc, Quy hoạch Đô thị vàNông thônVNĐĐồng Việt NamVSMTVệ sinh môi trườngVUUPDự án
nâng cấp đô thị Việt NamWBNgân hàng thế giớiXDXây dựng

12


1. Tính cấp thiết của đề tài
Hệ thống thông tin địa lý (GIS - Geographic Information System) xuất hiện từ những năm 1960 và cho đến nay GIS
đã và đang được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Theo định nghĩa, GIS là một hệ thống thông tin được thiết kế
để thu thập, cập nhật, lưu trữ, tích hợp và xử lý, tra cứu, phân tích và hiển thị mọi dạng dữ liệu địa lý. Với thực tế là
gần như mọi hoạt động của con người đều gắn liền với một địa điểm nào đó, nghĩa là với một tọa độ địa lý xác
định, GIS đã trở thành nền tảng công nghệ đặc biệt hữu dụng trong quản lý và xử lý tích hợp thông tin đa ngành,
hỗ trợ việc ra quyết định chính xác và kịp thời. Về cơ bản, GIS dựa trên một cơ sở dữ liệu (CSDL) có cấu trúc, có khả
năng thể hiện điều kiện tự nhiên, tài nguyên thiên nhiên, môi trường, tình hình phát triển kinh tế xã hội của một
vùng lãnh thổ trên khía cạnh địa lý và theo thời gian. Với cách thức quản lý tích hợp dữ liệu không gian (bản đồ)
đồng thời với các thuộc tính đi kèm (dữ liệu phi không gian) cùng với những công cụ liên kết dữ liệu, phân tích kết

hợp, chồng xếp dữ liệu, GIS cho phép các nhà hoạch định chính sách phân tích đánh giá hiện trạng, dự báo tương
lai, đề xuất các định hướng phát triển và các nhà quy hoạch kết hợp hiệu quả các vấn đề phát triển kinh tế - xã hội
và vấn đề môi trường trong quy hoạch phát triển bền vững. Hơn nữa, khi CSDL GIS toàn diện được tạo lập thì việc
khai thác phục vụ quản lý quy hoạch, lựa chọn các ưu tiên phát triển và cải thiện môi trường… sẽ được dễ dàng,
thuận lợi hơn vì có tính kế thừa. GIS cũng hỗ trợ phổ biến thông tin đến người dân một cách thuận lợi và như vậy,
sẽ góp phần nâng cao tính minh bạch và tăng cường sự tham gia của cộng đồng trong quá trình lập quy hoạch phát
triển và giám sát thực hiện.
Ngày nay, cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin và các công nghệ liên quan như trắc địa, bản đồ, công
nghệ định vị từ vệ tinh (GNSS), công nghệ viễn thám... công nghệ GIS đã tạo ra một sự phát triển bùng nổ các ứng
dụng trong quản lý tài nguyên thiên nhiên, môi trường, quản lý vùng lãnh thổ đa ngành. Nhờ những khả năng phân
tích và xử lý đa dạng, công nghệ GIS được coi là công cụ trợ giúp cho việc ra quyết định trong nhiều hoạt động kinh
tế xã hội (KT-XH) và an ninh quốc phòng của các quốc gia trên thế giới.
Trong những năm qua, quá trình đô thị hóa đã và đang diễn ra nhanh chóng tại Việt Nam với tốc độ tăng khoảng
8.9% / năm. Hiện nay, cả nước có 755 đô thị (từ loại V trở lên) và được phân loại dựa vào dân số, hệ thống công
trình hạ tầng và một số chỉ số đặc điểm đô thị khác, cũng như tầm quan trọng là trung tâm phát triển vùng trong
mạng lưới đô thị của tỉnh và quốc gia (Nghị quyết số 1210/2016/UBTVQH12 ngày 25/5/2016). Phát triển đô thị đạt
được nhiều thành
13


quả quan trọng và khu vực đô thị đóng góp khoảng 65-70% tổng GDP của cả nước. Tuy nhiên, cùng với sự tăng
nhanh dân số đô thị, quá trình đô thị hóa đang làm gia tăng thêm sức ép lên hệ thống cơ sở hạ tầng và dịch vụ đô
thị và dẫn đến tình trạng môi trường đô thị xuống cấp trầm trọng. Mặt khác, công tác quản lý đô thị hiện nay còn
nhiều hạn chế và một trong những vấn đề nổi cộm nhất là chưa có được một hệ thống dữ liệu đô thị tổng hợp đầy
đủ và cập nhật.
Thực tế, tại Việt Nam nói chung và Thành phố Phủ Lý nói riêng đã và đang áp dụng công nghệ tin học trong quy
hoạch và quản lý đô thị với việc quản lý bản đồ, bản vẽ trên AutoCAD và các mô-đun tính toán độc lập. Gần đây, đã
có nhiều nghiên cứu và các dự án ứng dụng thí điểm GIS trong quy hoạch xây dựng đô thị, giao thông vận tải, cấp
nước, quản lý và cấp phép xây dựng… Tuy nhiên, vẫn chưa thu được nhiều kết quả như mong đợi và hiện nay, ứng
dụng GIS trong quản lý đô thị chưa được phát triển đồng bộ, chưa có thống nhất và hệ thống. GIS là một công nghệ

hữu ích trong quản lý và xử lý tích hợp các dữ liệu đô thị có tọa độ (bản đồ) với các dạng dữ liệu khác để biến
chúng thành thông tin hữu ích trợ giúp các chính quyền đô thị trong lựa chọn điểm, quản lý cơ sở hạ tầng, cung
cấp dịch vụ đô thị một cách hợp lý. Do đó, để GIS thực sự trở thành một hệ thống trợ giúp cho việc ra quyết định
trong công tác quản lý, chỉ đạo điều hành và các hoạt động chuyên ngành, cần xây dựng đề án ứng dụng GIS trong
quản lý hạ tầng đô thị tại Thành phố Phủ Lý làm nền tảng định hướng cho việc xây dựng hệ thống GIS đồng bộ,
thống nhất, tận dụng được dữ liệu và tránh trùng lặp, chồng chéo trong việc cập nhật dữ liệu nhiều lần cho một nội
dung, góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả đầu tư dự án, phục vụ chỉ đạo, điều hành, chuyên môn nghiệp vụ
và nghiên cứu khoa học.
Xuất phát từ những suy nghĩ trên, học viên quyết định chọn đề tài“Ứng dụng GIS trong xây dựng cơ sở dữ liệu Hạ
tầng đô thị phục vụ giảm thiểu tai biến ngập lụt” lấy ví dụ tại Thành phố Phủ Lý, tỉnh Hà Namnhằm hỗ trợ chính
quyền đô thị và các cơ quan liên quan nâng cao hiệu quả trong công tác quản lý và quy hoạch hạ tầng đô thị và các
dịch vụ đô thị.
Mục tiêu nghiên cứu, câu hỏi nghiên cứu:
2.1 Mục tiêu nghiên cứu:
Xây dựng bộ cơ sở dữ liệu GIS hạ tầng đô thị làm nền tảng cho việc thiết lập và vận hành hệ thống GIS đô thị phục
vụ yêu cầu quy hoạch và quản lý hạ tầng đô thị một cách bền vững nhằm ứng phó với tai biến ngập lụt.
2.2 Câu hỏi nghiên cứu:
Bộ CSDL GIS hạ tầng đô thị quản lý những thông tin gì? Nhằm phục vụ
14


cho các cơ quan quản lý nào?
Cách thức triển khai, khai thác sử dụng CSDL GIS hạ tầng đô thị như thế
nào?
Sử dụng phương pháp phân tích nào để xác định được khu vực ngập lụt? Các bước thực hiện vàquy trình thành lập
bản đồ ngập lụt?
Nhiệm vụ nghiên cứu
Nghiên cứu tổng quan về GIS đô thị: giới thiệu hệ thống GIS đô thị; các ứng dụng GIS đô thị trên thế giới và tại Việt
Nam.
Nghiên cứu tổng quan khu vực nghiên cứu về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội.

Đánh giá thực trạng quản lý hạ tầng kỹ thuật đô thị tại Thành phố Phủ Lý, tỉnh Hà Nam.
Sử dụng phương pháp phân tích ảnh viễn thám đa thời gian bóc tách hệ thống dải trũng, mặt nước ở nhiều thời
điểm khác nhau để xác định diện tích ngập lụt từ ảnh vệ tinh. Ứng dụng GIS để xây dựng quy trình thành lập bản
đồ ngập lụt.
Thu thập số liệu, cơ sở dữ liệu cho vùng nghiên cứu.
Điều tra thực địa.
Phƣơng pháp nghiên cứu
Phương pháp kế thừa: kế thừa có chọn lọc các kết quả nghiên cứu của các chương trình, dự án, đề tài khoa học có
liên quan từ đó xây dựng dữ liệu phục vụ cho các nghiên cứu của đề tài.
Phương pháp điều tra, thu thập thông tin: Đây là phương pháp quan trọng trong quá trình đánh giá, đặc biệt là
trong đề xuất giải pháp. Tuy không phải là phương pháp chủ yếu được thực hiện trong đề tài này, nhưng kết quả
tìm hiểu khảo sát thực tế giúp tác giả hiểu hơn tình hình phát triển đô thị Phủ Lý:
Điều tra thu thập thứ cấp: thu thập các văn bản, các báo cáo khoa học, các số liệu thống kê, bản đồ liên quan đến
quản lý hạ tầng đô thị
Điều tra thu thập số liệu trên thực địa: phỏng vấn cán bộ phòng Quản lý đô thị thuộc UBND Thành phố Phủ Lý về
thông tin hiện trạng hạ tầng đô thị. Phỏng vấn người dân khu vực hồ Chùa Bàu, hồ Trại Giam, hồ Viện Lao, khu vực
đường Trịnh Đình Cửu (Khu vực khu công nghiệp Châu Sơn) về thông tin ngập lụt và hệ thống thoát nước trong khu
vực. Bằng phương pháp điều tra, thu thập thông tin làm cơ sở đánh giá kiểm chứng trong quá trình xây dựng CSDL
hạ tầng đô thị và xác
15


định khu vực ngập lụt kết hợp với bản đồ giấy và ảnh vệ tinh.
Phương pháp chuyên gia: được người viết sử dụng để tham vấn, xin ý kiến các nhà khoa học, các chuyên gia có
kiến thức và kinh nghiệm về xây dựng hệ thống GIS hạ tầng kỹ thuật đô thị.
Phương pháp phân tích, xử lý hệ thống thông tin địa lý: Đây là phương pháp chính được tác giả sử dụng trong quá
trình nghiên cứu đề tài. Việc sử dụng các phần mềm GIS giúp cho việc phân tích, xử lý trở nên nhanh chóng và
chính xác hơn. Với phương pháp phân tích, xử lý hệ thống thông tin địa lýđược sử dụng như một công cụ chính
trong mọi thao tác phân tích, xử lý dữ liệu, xây dựng dữ liệu đầu vào, cuối cùng là đưa ra bản đồ và các kết luận.
Bằng phương pháp này tiến hành kiểm tra, rà soát phân loại dữ liệu, tiến hành xử lý dữ liệu (dữ liệu nền và dữ liệu

hạ tầng đồ thị); Cập nhật dữ liệu điều tra thực địa vào CSDL, cập nhật dữ liệu đô thị từ ảnh vệ tinh; Tích hợp và
hoàn thiện CSDL GIS hạ tầng đô thị.
Phương pháp bản đồ:Với cơ sở dữ liệu hạ tầng đô thị được xây dựng trên bộ dữ liệu nền đã được chuẩn hóa. Từ
đó xây dựng các bản đồ phục vụ cho quản lý hạ tầng đô thị Thành phố Phủ Lý bao gồm: Bản đồ hành chính, bản đồ
hạ tầng giao thông, bản đồ hiện trạng cấp nước, bản đồ hiện trạng thoát nước, bản đồ các tuyến thu gom rác, bản
đồ hiện trạng nghĩa trang đô thị, bản đồ tuyến cây xanh đô thị, bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ xác định các
khu vực ngập lụt.

16


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Các ứng dụng GIS đô thị trên thế giới và tại Việt Nam
1.1.1 Lịch sử và xu thế phát triển GIS đô thị
Công nghệ GIS đã hình thành từ những năm 60 của thế kỷ trước, kế thừa sự phát triển từ các công nghệ bản đồ số,
thiết kế CAD, AM/FM. Ngày nay, cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin và các công nghệ liên quan như
trắc địa, bản đồ, công nghệ định vị từ vệ tinh (GNSS), công nghệ viễn thám... công nghệ GIS đã tạo ra một sự phát
triển sâu rộng các ứng dụng trong quản lý tài nguyên thiên nhiên, môi trường, quản lý vùng lãnh thổ đa ngành.
Nhờ những khả năng phân tích và xử lý đa dạng, công nghệ GIS được coi là công cụ trợ giúp cho việc ra quyết định
trong nhiều hoạt động kinh tế xã hội (KT-XH) và an ninh quốc phòng của các quốc gia trên thế giới. GIS giúp cho các
cơ quan quản lý nhà nước, các doanh nghiệp, cho tổ chức, cá nhân… đánh giá được hiện trạng của các quá trình,
các thực thể tự nhiên, kinh tế, quốc phòng qua các chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các
thông tin gắn với một nền hình học nhất quán trên cơ sở toạ độ của các dữ liệu đầu vào. Mặc dù ra đời đã từ lâu
nhưng những ứng dụng GIS chỉ thực sự bùng nổ trong khoảng 10 năm trở lại đây cùng với sự phát triển vượt bậc
của máy tính, công nghệ thông tin và mạng internet.
Với sức mạnh kết nối dữ liệu không gian và thuộc tính, khả năng phân tích dữ liệu không gian ngày càng mạnh, GIS
được áp dụng trong hầu hết các lĩnh vực KT-XH, đặc biệt trong quản lý đô thị. GIS đã được ứng dụng ở nhiều nước
trên thế giới, trong khu vực và đã đạt được những thành công to lớn. Trong những năm gần đây, cùng với sự phát
triển của CNTT, GIS đã trở thành công cụ tiên tiến giúp xây dựng CSDL, phân tích và khai thác, trao đổi thông tin
không gian cho nhiều lĩnh vực kinh tế xã hội. Khả năng hỗ trợ của GIS được coi là khá hữu hiệu và ngày càng tăng
trên rất nhiều lĩnh vực bản đồ, đánh giá tài nguyên, quy hoạch, quản lý và nghiên cứu không gian môi trường...

GIS ra đời trên cơ sở sự phát triển của khoa học máy tính (Computer Science) và ngày nay được ứng dụng trong
nhiều ngành khoa học có liên quan đến dữ liệu không gian, từ những ngành khoa học tự nhiên đến các ngành khoa
học xã hội. Có thể kể đến những ứng dụng của GIS trong lĩnh vực tài nguyên, môi trường, cơ sở hạ tầng, đô thị và
phát triển, giáo dục... (Hình 1.1). Các chuyên gia của các ngành chuyên môn đó sử dụng GIS như công cụ chuyên
nghiệp để nâng cao hiệu quả trong công việc của họ. Cũng như điện thoại thông tin, máy tính và phần mềm
17


soạn thảo giúp cho các chuyên gia làm việc dễ hơn, nhanh hơn và hiệu quả hơn thì xu thế hiện đại yêu cầu GIS phải
có các công cụ giúp cho các nhà quản lý đô thị làm việc hiệu quả hơn với các thông tin không gian bản đồ và các dữ
liệu thuộc tính đi kèm. Từ những kết quả đạt được trong những ứng dụng trên cho thấy rằng GIS là một hệ thống
có nhiều lợi ích cả trong công tác quản lý và phát triển đô thị, phân tích hiện trạng và dự báo xu hướng phát triển
đô thị.

Hình 1.1: Các ứng dụng đa dạng của công nghệ GIS (Nguồn: ESRI)
Sự phát triển nhanh chóng của hạ tầng đô thị làm cho các phương pháp làm việc thủ công truyền thống không còn
đáp ứng nhu cầu tập hợp xử lý thông tin nhanh, chính xác với khối lượng lớn trong quy hoạch, quản lý đô thị hiện
nay. Việc đẩy mạnh áp dụng các công nghệ và phương pháp tiên tiến đã được kiểm nghiệm là một trong nhiều giải
pháp giúp khắc phục vấn đề này.
Xu thế GIS đô thị ngày nay là phát triển cả về chiều sâu và chiều rộng. Với kho dữ liệu nền, dữ liệu dùng chung có
thể chia sẻ rộng rãi làm khung CSDL GIS đô thị, các cơ quan quản lý phân ngành (như cấp nước, thoát nước, môi
trường đô thị…) có thể phát triển các ứng dụng chuyên sâu nhằm tăng hiệu quả hoạt động của riêng mình đồng
thời đảm bảo sự phối hợp với các chuyên ngành khác khi cần thiết. Điều này với xu thế phát triển nhanh chóng các
công cụ dễ sử dụng trên nền Internet và thiết bị di động (ví dụ như WebGIS, Mobile GIS), ứng dụng GIS đô thị sẽ
ngày càng lớn rộng mang lại lợi ích thiết thực cho cộng đồng dân cư đô thị ngày một tăng nhanh (Hình 1.2).
18


Hình 1.2: Xu thế công nghệ GIS tăng cường khả năng chia sẻ và tính tiện dụng cho
người dùng (Nguồn: ESRI)

1.1.2 Các ứng dụng GIS đô thị trên thế giới
Hiện nay, trên thế giới GIS được phát triển và ứng dụng rộng rãi và là công cụ trợ giúp ra quyết định trong nhiều
hoạt động về KT-XH, an ninh - quốc phòng. Mục tiêu của các dự án tổng thể GIS được triển khai tại nhiều thành
phố trên thế giới (như TP San Francisco, Wixom - Hoa Kỳ, Rome - Ý) là xây dựng một cơ sở dữ liệu dùng chung, tạo
một khuôn khổ cho việc kết nối, chia sẻ dữ liệu giữa các cấp, ban ngành của thành phố; hỗ trợ thành phố quản lý
và cung cấp thông tin tới người dùng cuối thông qua mạng internet hoặc mạng nội bộ của thành phố. Kế hoạch
thực hiện được thông qua với đầy đủ các tiêu chuẩn thiết kế như: định dạng dữ liệu, trách nhiệm cập nhật, chất
lượng dữ liệu, kiểm soát truy cập, yêu cầu đào tạo và ước tính ngân sách...
Việc ứng dụng công nghệ thông tin trong công tác quản lý và quy hoạch đô thị đã và đang được áp dụng rộng rãi
trên thế giới và đạt được hiệu quả rất cao. Đặc biệt là công nghệ GIS, với khả năng lưu trữ, xử lý và phân tích dữ
liệu không gian mạnh mẽ rất thích hợp cho việc quản lý và quy hoạch đô thị. Công tác quản lý và quy hoạch đô thị
luôn đứng trước rất nhiều thử thách, đó là việc bùng phát dân di cư từ nông thôn vào đô thị, tình trạng ô nhiễm
môi trường đô thị, hệ thống cấp nước và thoát nước đô thị không đáp ứng được tốc độ phát triển của đô thị. Để
có thể quản lý và quy hoạch đô thị một cách hợp lý và hiệu quả, các thông tin về hiện trạng cơ sở hạ tầng đô thị
cũng như thông tin về KT-XH cần được cung cấp một cách kịp thời, chính xác.
Một ví dụ trong khu vực là GIS được ứng dụng trong quy hoạch đô thị cho
19


TP Bắc Kinh, Trung Quốc. Bắc Kinh có diện tích vào khoảng 16.808 km2. Theo thống kê, từ năm 1991 đến 2001, Bắc
Kinh đã tăng dân số từ 10,8 triệu đến 14 triệu người, khoảng 22%. Trong vòng 20 năm tới, dân số Bắc Kinh được dự
đoán tăng thêm khoảng 7 triệu người nữa. Với tốc độ gia tăng dân số và kinh tế nhanh như vậy, chính quyền Bắc
Kinh cần phải xem xét quy hoạch thành phố một cách phù hợp nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển tích
cực. Ban quy hoạch TP Bắc Kinh (The Beijing Minicipal Commission of Urban Planning - BMCUP) gần đây đã cho ra
đời phiên bản mới của Quy hoạch tổng thể Bắc Kinh (Beijing Master Plan) đến năm 2020 trên nền GIS. Bắc Kinh,
cũng như nhiều một số thành phố khác ở Châu Á, có tốc độ phát triển đô thị cực nhanh khiến việc dự đoán trở nên
khó khăn. Mặt khác, sự thiếu dữ liệu, đặc biệt về tăng trưởng kinh tế và đăng ký nhà ở, càng khiến công tác dự
đoán khó khăn hơn.
GIS đã và đang được sử dụng để quản lý và tổ chức tất cả các dữ liệu liên quan đến công tác quy hoạch thành phố
như: dân số, phân bố lao động, sử dụng đất, giao thông, môi trường, và những thông số khác. Với những dữ liệu

đầu vào này, nhóm nghiên cứu đã thực hiện nhiều bài toán phân tích về sự phát triển của Bắc Kinh làm cơ sở cho
những lựa chọn kịch bản quy hoạch.
1.1.3 Các ứng dụng GIS đô thị tại Việt Nam
1.1.3.1 Tổng quan về tình hình sử dụng GIS trong quản lý đô thị
Thu thập dữ liệu cơ sở về các nguồn tài nguyên thiên nhiên, các điều kiện môi trường và KT-XH là một bước vô
cùng quan trọng trong quá trình quy hoạch môi trường đô thị. Tuy nhiên, vấn đề còn tồn tại lớn nhất ở Việt Nam
hiện nay là việc thiếu thông tin tổng hợp và cập nhật phục vụ công tác quy hoạch. Đồng thời, lượng thông tin ít ỏi
thu thập được từ nhiều nguồn dữ liệu khác nhau (thuộc các ngành khác nhau), có độ tin cậy không đồng đều, lưu
giữ dưới các định dạng khác nhau và thường không thống nhất để phục vụ hoạt động quy hoạch không gian và liên
ngành tích hợp. Bên cạnh đó, trong khi số liệu KT-XH thường được đưa vào quá trình quy hoạch ở một mức độ
nhất định, việc tích hợp các khía cạnh môi trường vào quá trình quy hoạch còn khá mới mẻ đối với các vùng đô thị
Việt Nam. Việc này thường dẫn tới quy hoạch mang tính chủ quan với các bản quy hoạch lạc hậu và ít khả thi, và
kết quả là các bản quy hoạch này không phù hợp với nhu cầu phát triển đô thị, không thể kiểm soát được quá trình
lan rộng tự phát của đô thị. Hơn nữa, các hồ sơ quy hoạch và các thông tin môi trường đô thị hiện đang được lưu
giữ trên giấy không thuận tiện cho việc quản lý quy hoạch đô thị và thường là việc quản lý cấp phép xây dựng đô
thị mất rất nhiều công sức và thời gian cả với các nhà quản lý lẫn người dân và các tổ chức sử dụng dịch vụ đô thị.
20