Xây dựng hệ thống cảnh báo ngập lụt trực tuyến vùng đồng bằng sông cửu long trên nền webgis

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-----------------------------

PHẠM THẾ HÙNG

XÂY DỰNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO
NGẬP LỤT TRỰC TUYẾN VÙNG ĐỒNG BẰNG
SÔNG CỬU LONG TRÊN NỀN WEBGIS

Chuyên ngành: BẢN ĐỒ, VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ
Mã số ngành: 60.44.76

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2010


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học: ..................................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 1: ........................................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 2: ........................................................................................

Luận văn thạc sỹ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia
Tp. Hồ Chí Minh ngày ………… tháng ………… năm …………
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sỹ gồm:
1. ................................................................................

2. ................................................................................
3. ................................................................................
4. ................................................................................
5. ................................................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn và Bộ môn quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)
Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn

Bộ môn quản lý chuyên ngành


TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA TP. HCM
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 11 năm 2010

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SỸ
Họ tên học viên: Phạm Thế Hùng

Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 13/5/1985

Nơi sinh: An Giang

Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám và hệ thông tin địa lý

MSHV: 01008170

I-TÊN ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO NGẬP LỤT TRỰC
TUYẾN VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG TRÊN NỀN WEBGIS.
II-NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Chương 1. Mở đầu
Chương 2. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
Chương 3. Cơ sở lý thuyết
Chương 4. Thiết kế và thử nghiệm hệ thống
Chương 5. Kết luận và kiến nghị
III-NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 25/01/2010 (theo QĐ số /QĐ-ĐHBK-ĐTSĐH)
IV-NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/12/2010
V-HỌ VÀ TÊN CBHD: TS. TRẦN TRỌNG ĐỨC

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QL. CHUYÊN NGÀNH

TS. TRẦN TRỌNG ĐỨC

TS. NGUYỄN NGỌC LÂU


3

LỜI CẢM ƠN
Có lẽ luận văn này sẽ không thể nào hoàn thành được nếu như thiếu
những ý kiến đóng góp, nhận xét, ủng hộ của người thân, bạn bè, đồng nghiệp
và đặc biệt là quý thầy cô giảng dạy chuyên ngành Bản đồ, viễn thám và hệ

thông tin địa lý ở Bộ môn Địa tin học.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy Trần Trọng Đức. Thầy đã
hướng dẫn nhiệt tình, hỗ trợ nhiều tài liệu, phương pháp nghiên cứu, góp ý, nhận
xét cách thức trình bày và nội dung của luận văn, cũng như sự truyền đạt nhiều
kiến thức quý báu của thầy trong suốt khoảng thời gian thực hiện đề tài.
Xin gửi lời cảm ơn đến các anh, chị và các bạn học viên Cao học cùng
chuyên ngành đã giúp đỡ và đóng góp nhiều ý kiến, cung cấp hỗ trợ tài liệu.
Xin gửi lời cảm ơn đến các anh, chị ở Cục Công nghệ thông tin, Bộ Tài
nguyên và Môi trường – CIREN (chi nhánh phía Nam), Đài Khí tượng thủy văn
khu vực Nam Bộ, Ủy ban sông Mê Công đã tận tình hỗ trợ, giúp đỡ trong quá
trình thực hiện luận văn.
Xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô và đồng nghiệp đang công tác tại
Khoa Địa lý và các Phòng ban chức năng, trường Đại học Đồng Tháp đã tạo
điều kiện tối đa để tác giả được nghiên cứu, học tập tại trường Đại học Bách
khoa Tp. Hồ Chí Minh.
Và đặc biệt, xin cảm ơn những người thân trong gia đình luôn luôn bên
cạnh, quan tâm, động viên và giúp đỡ tác giả trong những lúc khó khăn nhất để
hoàn thành luận văn này.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 12 năm 2010
Tác giả

Phạm Thế Hùng


4

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ
Luận văn trình bày việc ứng dụng các mô hình xác suất thống kê và Hệ
thống thông tin địa lý (GIS) để đưa ra các cảnh báo ngập lụt vùng Đồng bằng
sông Cửu Long, thử nghiệm ở phạm vi thuộc hai huyện Tam Nông, tỉnh Đồng

Tháp và huyện Châu Phú, tỉnh An Giang bằng các bản đồ dự báo (dự báo mức
độ sâu ngập lũ lớn nhất, dự báo thời điểm bắt đầu và kết thúc lũ, dự báo thời
gian xảy ra lũ, dự báo xác suất xảy ra lũ). Kết quả sau khi xử lý sẽ được cung
cấp lên mạng internet qua hệ thống WebGIS được thiết kế theo các chuẩn mã
nguồn mở của OGC, giúp người dân có thể tra cứu thông tin lũ lụt một cách
nhanh chóng và chính xác nhất.

ABSTRACT
The thesis presents an application of the statictical and probability
models and Geographic Information System (GIS) to give warning of
flooding of the Mekong Delta, the scope of testing in Tam Nong district,
Dong Thap province and Chau Phu district, An Giang province by flood
forecasting maps (maximum depth of flooding map, start of flooding map,
completion of draining map, duration of flooding map and probability of
flooding map). After treament, the result will be provided on the internet
through WebGIS system which’s designed by the OGC’s Open Source
standards, people can look up the information of flooding quickly and
accurately.


5

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU............................................................................................. 8
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................... 12
1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU .............................................................................. 13
1.3. ĐỐI TƯNG NGHIÊN CỨU ............................................................................ 14
1.4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN LUẬN VĂN .......................................... 15
1.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU........................................................................ 15
1.6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ......................................... 17

1.6.1. Ý nghóa khoa học ................................................................................ 17
1.6.2. Ý nghóa thực tiễn................................................................................. 18
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ
NGOÀI NƯỚC ........................................................................................................ 19
2.1. TRONG NƯỚC.............................................................................................. 19
2.2. NGOÀI NƯỚC .............................................................................................. 22
CHƯƠNG 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...................................................................... 26
3.1. KHÁI QUÁT KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG ................................. 26
3.2. KHÁI QUÁT HỆ THỐNG SÔNG MÊ CÔNG ..................................................... 28
3.3. CÔNG NGHỆ WEBGIS ................................................................................. 30
3.3.1. Định nghóa WebGIS ............................................................................ 30
3.3.2. Phân loại WebGIS .............................................................................. 32
3.3.2.1. Phân loại theo kiến trúc .............................................................. 32


6

3.3.2.2. Phân loại theo kỹ thuật ............................................................... 33
3.3.2.3. Phân loại theo dịch vụ ................................................................. 35
3.3.3. Kiến trúc WebGIS ............................................................................... 36
3.4. TỔ CHỨC OGC VÀ CÁC CHUẨN THỰC THI ................................................... 39
3.4.1. Tổ chức Open Geospatial Consortium – OGC .................................... 39
3.4.2. Các chuẩn thực thi của OGC .............................................................. 42
3.4.2.1. Đặc tả Web Map Service (WMS) ............................................... 44
3.4.2.2. Đặc tả Web Feature Service (WFS) ........................................... 45
3.4.2.3. Đặc tả Styled Layer Description (SLD) ...................................... 46
3.4.2.4. Đặc tả Geographic Markup Language (GML) ........................... 48
3.4.2.5. Đặc tả Filter Encoding ................................................................ 49
3.5. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MAINSTEM VÀ MAPSTATS ..................................... 49
CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG ............................. 53

4.1. TỔ CHỨC DỮ LIỆU....................................................................................... 53
4.1.1. Dữ liệu nền ......................................................................................... 53
4.1.2. Dữ liệu chuyên đề ............................................................................... 62
4.2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG WEBGIS .................................................................... 79
4.3. XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT .................................................................... 84
4.3.1. Mô tả đặc điểm thống kê mực nước .................................................... 84
4.3.2. Các phân tích tần suất và xác suất khác ............................................ 87
4.3.3. Tính toán xác suất luõ .......................................................................... 90


7

4.4. THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG ........................................................................... 100
4.4.1. Thử nghiệm trang dịch vụ bản đồ WMS ............................................ 100
4.4.2. Thử nghiệm trang in bản đồ.............................................................. 106
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ............................................................ 110


8

DANH MỤC HÌNH ẢNH, BẢNG SỐ LIỆU
HÌNH ẢNH MINH HỌA

Trang

1. Hình 2.1. Giao diện chính của hệ thống dự báo ngập lụt trực tuyến
các sông Nhật Lệ, Bến Hải và Thạch Hãn (Quảng Bình, Quảng Trị) .................19
2. Hình 2.2. Trang chủ của Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn
Trung ương ............................................................................................................20
3. Hình 2.3. Giao diện chính của trang Hệ thống thông tin tài nguyên

nước Đồng bằng sông Cửu Long – trường Đại học Cần Thơ ...............................21
4. Hình 2.4. Giao diện WebGIS của TIMIS ở nước Luxemboug ...............23
5. Hình 2.5. Giao diện WebGIS của TIMIS ở nước Đức ...........................23
6. Hình 2.6. Giao diện chính của hệ thống.................................................25
7. Hình 3.1. Bản đồ hành chính các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long ........27
8. Hình 3.2. Lưu vực sông Mê Công ..........................................................30
9. Hình 3.3. Kiến trúc Web 3 tầng (three-tier) ..........................................36
10. Hình 3.4. Kiến trúc n-tier tương tác giữa client với các hệ thống........38
11. Hình 3.5. Khó khăn trong việc chia sẻ dữ liệu ...................................39
12. Hình 3.6. Giải pháp của OGC ..............................................................41
13. Hình 3.7. Mối quan hệ giữa các Client/Server với các chuẩn
OGC ......................................................................................................................42
14. Hình 3.8. Giao diện chính của phần mềm Mainstem...........................50
15. Hình 3.9. Giao diện chính của phần mềm Mapstats ............................51
16. Hình 4.1. Các tham số cho hệ tọa độ chiếu .........................................54


9

17. Hình 4.2. Tham số cho hệ tọa độ thẳng đứng ......................................55
18. Hình 4.3. Các lớp dữ liệu nền được truy xuất thông qua ArcSDE .......56
19. Hình 4.4. Dữ liệu không gian và thuộc tính của lớp
HANH_CHINH_TINH trong ArcMap sau khi đã import vào ArcSDE ................58
20. Hình 4.5. Dữ liệu không gian và thuộc tính của lớp UBND_TINH
trong ArcMap sau khi đã import vào ArcSDE ......................................................59
21. Hình 4.6. Dữ liệu không gian và thuộc tính của lớp
SONG_DUONG và lớp SONG_VUNG trong ArcMap sau khi đã import vào
ArcSDE .................................................................................................................60
22. Hình 4.7. Dữ liệu không gian và thuộc tính của lớp
GIAO_THONG_TINH và lớp GIAO_THONG_QUOC_GIA trong ArcMap

sau khi đã import vào ArcSDE .............................................................................62
23. Hình 4.8. Các tham số kết nối với ArcSDE .........................................68
24. Hình 4.9. Các lớp dữ liệu nền được định kiểu SLD và hiển thị
trên WebGIS theo đúng quy định về phương pháp biểu hiện bản đồ chuyên
đề. .........................................................................................................................79
25. Hình 4.10. Kiến trúc hệ thống và chu trình dữ liệu .............................80
26. Hình 4.11. Giao diện chính của GeoServer .........................................82
27. Hình 4.12. Thực hiện kết nối giữa ArcCatalog và MS SQL Server
2000 ......................................................................................................................83
28. Hình 4.13. Giao diện chính của Client .................................................84
29. Hình 4.14. Biểu đồ mực nước sông năm 2000 của trạm Tân Châu
được kết xuất từ phần mềm Mainstem .................................................................86


10

30. Hình 4.15. Biểu đồ hiệu mực nước sông giữa hai trạm Tân Châu
và Châu Đốc được kết xuất từ phần mềm Mainstem, giai đoạn 2005 – 2009 .....86
31. Hình 4.16. Kết quả tính toán được xuất ra file ở định dạng ASCII .....87
32. Hình 4.17. Vị trí khu vực ghi nhận mực nước lũ ..................................88
33. Hình 4.18. Tương quan giữa mực nước ở trạm Tân Châu với mực
nước lũ, mùa lũ năm 2009 khu vực huyện Tam Nông, Đồng Tháp .....................86
34. Hình 4.19. Tương quan giữa mực nước ở trạm Châu Đốc với mực
nước lũ, mùa lũ năm 2009 khu vực huyện Châu Phú, An Giang .........................86
35. Hình 4.20. Mô hình độ cao số khu vực huyện Tam Nông, Đồng
Tháp ......................................................................................................................91
36. Hình 4.21. Mô hình độ cao số khu vực huyện Châu Phú, An
Giang.....................................................................................................................92
37. Hình 4.22. Các thao tác xử lý trong phần mềm Mapstats ....................93
38. Hình 4.23. Chuyển từ định dạng ASCII về Raster trong

ArcToolbox ...........................................................................................................94
39. Hình 4.24. Chuyển đổi từ Raster về Polygon (Vector) ........................95
40. Hình 25. Thực hiện gộp các đối tượng có cùng thuộc tính lại với
nhau.......................................................................................................................96
41. Hình 26. Thực hiện phép Join giữa hai bảng .......................................97
42. Hình 4.27. Bản đồ dự báo thời điểm lũ rút hoàn toàn, mùa lũ
năm 2010 khu vực huyện Châu Phú, An Giang với xác suất vượt ngưỡng
10% .......................................................................................................................98


11

43. Hình 4.28. Bản đồ dự báo độ sâu ngập lũ lớn nhất, mùa lũ năm
2010 khu vực huyện Tam Nông, Đồng Tháp với xác suất vượt ngưỡng 10%......99
44. Hình 4.29. Chức năng xem trước khi in bản đồ của trang in bản
đồ nền .................................................................................................................108
45. Hình 4.30. Truy vấn dựa trên thuộc tính của đối tượng .....................109
BẢNG BIỂU MINH HỌA

Trang

1. Bảng 4.1. Danh sách các trạm khí tượng, thủy văn trên
khu vực Đồng bằng sông Cửu Long .....................................................................65
2. Bảng 4.2. Số liệu mực nước trung bình năm của một số trạm khí
tượng thủy văn trên khu vực Đồng bằng sông Cửu Long.....................................66


12

Chương 1. MỞ ĐẦU

1.1. Đặt vấn đề
Sông Mê Công là một trong những con sông lớn trên thế giới, với chiều
dài khoảng 4.800km, bắt nguồn từ cao nguyên Thanh – Tạng, Trung Quốc, chảy
qua Mianma, Thái Lan, Lào, Campuchia và đổ ra biển Đông trên phạm vi lãnh
thổ của Việt Nam. Ở Việt Nam, sông Mê Công nó còn có một tên gọi khác là
sông Cửu Long. Đồng bằng châu thổ sông Cửu Long là đồng bằng châu thổ lớn
nhất nước và chiếm phần lớn diện tích trong toàn bộ châu thổ vùng hạ lưu sông
Mê Công. Những lợi ích về hiệu quả kinh tế của con sông này mang lại cho dân
cư vùng châu thổ là vô cùng to lớn (nguồn lợi về thủy sản, giao thông, thủy
lợi,…). Tuy nhiên, hàng năm, nhân dân các tỉnh vùng Đồng bằng sông Cửu Long
luôn phải hứng chịu nhiều thiệt hại về tính mạng và tài sản do lũ lụt cũng từ con
sông này gây ra và cứ theo chu kỳ vài năm lại có những trận lụt lớn.
Trong những năm gần đây, do sự biến đổi khí hậu toàn cầu, Trái đất đang
có xu hướng ấm dần lên, diễn biến của thời tiết và khí hậu trở nên bất thường.
Cường độ mưa bão ngày càng tăng và diễn biến phức tạp, khó dự báo. Điều này
kéo theo diễn biến lũ của các con sông cũng càng trở nên phức tạp. Nhiều trận
lũ lịch sử xuất hiện với cường độ lớn, tần suất cao, gây thiệt hại to lớn về kinh
tế, tài sản và tính mạng con người. Đây là một thách thức không nhỏ đặt ra
không chỉ đối với những người làm công tác dự báo mà còn đối với các nhà quản
lý ở nước ta về vấn đề không chỉ là độ chính xác của kết quả dự báo mà còn là
thông tin dự báo phải được cập nhật liên tục, nhanh chóng và phổ biến tới từng
người dân.
Hiện nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học và công nghệ, sự trợ
giúp của những trang thiết bị hiện đại, đội ngũ chuyên gia lành nghề được đào


13

tạo chuyên sâu trong lónh vực dự báo, công tác dự báo khí tượng thủy văn ở nước
ta ngày càng đạt được độ chính xác tương đối cao, góp phần không nhỏ vào việc

phòng tránh các thiên tai do mưa bão gây ra. Tuy nhiên, để giảm mức độ thiệt
hại hơn nữa, cần có sự tự ý thức của người dân, thông tin dự báo và cảnh báo về
mức độ ngập và những thiệt hại có thể xảy ra phải được tuyên truyền sâu rộng
đến người dân bằng các phương tiện thông tin đại chúng.
Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System – GIS) là một
ngành khoa học ứng dụng, có khả năng liên kết với nhiều lónh vực khác nhau để
xây dựng các ứng dụng cho từng chuyên ngành cụ thể. Việc sử dụng GIS để xây
dựng hệ thống dự báo là cần thiết nhằm cho ra kết quả dự báo bằng các bản đồ
trực quan. Mặt khác, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin và
truyền thông, việc đưa thông tin dự báo lên web là nhằm mục tiêu phổ biến,
giáo dục, tuyên truyền kiến thức cho mọi người dân. Vì vậy, việc nghiên cứu
xây dựng hệ thống cảnh báo ngập lụt trực tuyến là một vấn đề vừa mang tính
thời sự vừa mang tính khoa học cao.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính là xử lý kết xuất các bản đồ dự báo từ hệ thống dự báo
sau đó cung cấp kết quả dự báo lên hệ thống WebGIS với nội dung nghiên cứu
cụ thể như sau:
- Nghiên cứu các mô hình, hệ thống dự báo lũ lụt trong lónh vực chuyên
ngành khí tượng, thủy văn, đặc biệt là các hệ thống đang được nghiên cứu triển
khai ứng dụng ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long. Cụ thể là hệ thống
Mainstem và Mapstat được phát triển bởi Chương trình Quản lý và Giảm thiểu
lũ lụt của Ủy ban Quốc tế sông Mê Coâng.


14

- Xây dựng hệ thống WebGIS vận hành dựa trên kiến trúc Web 3 tầng
(three-tier):
v Server: WebServer sử dụng Apache Tomcat 7.0; MapServer sử
dụng GeoServer phiên bản 2.0.2. Hệ thống dự báo được cài đặt

trên server kết hợp thêm ArcGIS Desktop 9.3 để phân tích không
gian, xử lý kết xuất bản đồ.
v Client: gồm các Web Browser (Internet Explorer, Mozilla Firefox)
với giao diện được phát triển dựa trên thư viện mã nguồn mở
OpenLayer, ExtJS và GeoExt.
v Database: sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu Microsoft SQL Server
2000. Việc truy xuất và xử lý cơ sở dữ liệu bản đồ giữa client và
server được thực hiện thông qua ArcSDE 9.3.
- Nghiên cứu các giải pháp để kết nối giữa hai hệ thống dự báo lũ lụt và
hệ thống WebGIS. Kết quả được xử lý từ hệ thống dự báo lũ sẽ được xử lý và
đưa lên hệ thống WebGIS nhằm cung cấp thông tin cho người sử dụng phía
Client.
1.3. Đối tượng nghiên cứu
- Kiến trúc WebGIS 3 tầng (3-tier): Server/Database/Client;
- Các hệ thống xử lý bản đồ ngập lụt: Mainstem và Mapstat;
- Cơ sở dữ liệu địa lý chuyên đề thủy văn, bao gồm dữ liệu đầu vào: dữ
liệu mực nước sông ở quá khứ và dữ liệu mực nước lũ mùa lũ năm 2009 cùng
với dữ liệu đầu ra là các bản đồ chuyên đề thể hiện kết quả dự báo lũ lụt.


15

1.4. Phạm vi nghiên cứu và giới hạn luận văn
- Khu vực nghiên cứu: phần hạ nguồn lưu vực sông Mê Công, tính toán
bản đồ dự báo lũ lụt (dự báo mức độ sâu ngập, dự báo thời gian ngập, dự báo
thời điểm lũ bắt đầu và kết thúc, dự báo khả năng xác suất xảy ra lũ) ở khu vực
huyện Châu Phú, tỉnh An Giang và huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp dựa trên
mực nước sông ở trạm đầu nguồn Châu Đốc trên nhánh sông Tiền (sông Mê
Công) và trạm đầu nguồn Tân Châu trên nhánh sông Hậu (sông Bác-sắc).
- Giới hạn về nội dung nghiên cứu:

+ Kế thừa các mô hình tính toán và chương trình dự báo ngập lụt của lónh
vực thủy văn. Cụ thể là hai phần mềm Mainstem và Mapstats cùng với các hàm
toán học được cung cấp bởi Chương trình Quản lý và giảm thiểu lũ lụt, Ủy ban
sông Mê Công.
+ Phía client: tập trung giải quyết các vấn đề liên quan đến kỹ thuật cài
đặt hệ thống WebGIS và vận hành các mô hình dự báo lũ.
+ Phía server: tập trung giải quyết các kỹ thuật liên quan đến việc kết nối
hệ thống, truy vấn không gian, cập nhật dữ liệu không gian, hiển thị kết quả
dưới dạng bản đồ theo đúng quy định.
+ Nghiên cứu các kỹ thuật tương tác giữa các thành phần của hệ thống,
đảm bảo quá trình vận hành trơn tru, hạn chế lỗi.
1.5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thu thập và phân tích thông tin, tài liệu: trong quá trình
thực hiện luận văn, tác giả cần phải thu thập một khối lượng lớn tài liệu kỹ
thuật, báo cáo khoa học, thông tin chuyên đề và các nguồn thông tin khác có
liên quan về các vấn đề: kiến trúc hệ thống Web, WebGIS; định nghóa đặc tả


16

XML, GML; định nghóa các chuẩn mở của OGC; ngôn ngữ lập trình Web phía
server JSP (Java Server Page); ngôn ngữ lập trình Javascript; các mô hình toán
dự báo ngập lụt;….từ nhiều nguồn khác nhau trong nước và ngoài nước.
- Phương pháp khảo sát thực địa: quá trình thực hiện đề tài cần tiến
hành khảo sát một số địa phương trong phạm vi khu vực nghiên cứu nhằm thu
thập thông tin có liên quan, nhất là thông tin về mực nước sông và mực nước
ngập lũ lịch sử. Phương pháp thực địa còn được tiến hành sau khi đã có kết quả
dự báo nhằm kiểm tra, đánh giá độ chính xác kết quả dự báo. Từ đó, cho phép
thay đổi, hiệu chỉnh dữ liệu đầu vào và quá trình phân tích, xử lý hệ thống.
- Phương pháp phân tích thống kê và xác suất: quá trình dự báo mực

nước lũ là quá trình áp dụng các bài toán xác suất và thống kê dựa trên dữ liệu
mực nước sông và mực nước lũ lịch sử bằng các mô hình toán được thiết kế và
cài đặt trong các phần mềm Mainstem và Mapstat.
- Phương pháp bản đồ và kỹ thuật phân tích không gian trong GIS: kết
quả xử lý cuối cùng của hệ thống dự báo lũ từ Mainstem và Mapstat chủ yếu là
các file ASCII, cần phải tiến hành xử lý, phân tích không gian trong ArcGIS để
có được các file kết quả dưới dạng dữ liệu GIS cũng như áp dụng các quy chuẩn
kỹ thuật trình bày bản đồ theo đúng quy định hiện hành của Nhà nước về Đo đạc
bản đồ.
- Phương pháp thử đúng/sai (try and errors): do đề tài liên quan đến
nhiều khái niệm mới, nhất là kỹ thuật lập trình Web và các đặc tả của OGC nên
việc vận hành hệ thống, viết các trang client luôn phải được chạy, thiết kế thử
để chỉnh sửa (debug) các lỗi phát sinh trong quá trình vận hành.


17

1.6. Ý nghóa khoa học và thực tiễn của luận văn
1.6.1. Ý nghóa khoa học
Đóng góp của luận văn về mặt khoa học:
v Việc triển khai kết quả dự báo lũ lụt trên nền WebGIS cho phép
mở ra những hướng có thể xây dựng các hệ thống cảnh báo thời
gian thực (real-time) dựa trên số liệu mưa, mực nước sông hàng
ngày tại các trạm đo.
v Nghiên cứu về các mô hình dự báo lũ sẽ mở ra nhiều hướng lựa
chọn các mô hình, hệ thống khác nhau dựa trên đánh giá về độ
chính xác kết quả dự báo. Đây cũng là cơ sở khoa học để cải tiến
các mô hình, hệ thống dự báo, cảnh báo.
v Việc phát triển phần mềm GIS mã nguồn mở nhất là các thư viện
dùng cho Map Client hiện nay đang là một hướng tiếp cận mang

tính khoa học cao. Hướng tiếp cận mã nguồn mở cho phép có thể
định nghóa chức năng, tùy chọn hệ thống phần mềm theo người
dùng (user-defined).
v Kết nối giữa hệ thống dự báo lũ và hệ thống WebGIS (kết quả dự
báo được kết xuất từ hệ thống dự báo sẽ được xử lý, hiệu chỉnh và
trở thành dữ liệu đầu vào cung cấp cho hệ thống WebGIS) nhằm
cung cấp thông tin dự báo qua môi trường Web, đồng thời nghiên
cứu giải pháp hiệu chỉnh, kích hoạt hệ thống cũng qua môi trường
Web là định hướng quan trọng cho những nghiên cứu tiếp theo
nhằm xây dựng các hệ thống cảnh báo lũ lụt theo thời gian thực.


18

1.6.2. Ý nghóa thực tiễn
Thông tin cảnh báo ngập lụt đóng vai trò hết sức quan trọng đối với đời
sống, sản xuất và sinh hoạt hàng ngày của cư dân vùng lũ, đồng thời cũng là
thông tin hỗ trợ các nhà quản lý trong việc tổ chức sản xuất, quy hoạch dân cư,
phát triển kinh tế xã hội.
Việc cung cấp thông tin dự báo dưới dạng các bản đồ số qua hệ thống
mạng internet đảm bảo đáp ứng nhanh chóng nhu cầu nắm bắt, cập nhật, theo
dõi diễn biến hàng ngày, hàng giờ của người dân và các nhà quản lý.
Hệ thống WebGIS được xây dựng với phần Server và Client dựa trên mã
nguồn mở giúp tiết kiệm tối đa chi phí đầu tư, góp phần giải quyết bài toán về
vấn đề kinh phí.


19

Chương 2. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
2.1. Trong nước
- Đề tài cấp Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam “Nghiên cứu triển khai
công nghệ dự báo trực tuyến về diện và mức độ ngập lụt các lưu vực sông Nhật
Lệ, Bến Hải và Thạch Hãn (tỉnh Quảng Bình và Quảng Trị)”, chủ nhiệm đề tài
là TS. Lại Vónh Cẩm, do Viện Địa lý chủ trì đã được nghiệm thu. Đề tài được
thực hiện bởi một đội ngũ các chuyên gia, các nhà khoa học hoạt động nghiên
cứu chuyên sâu trong lónh vực khí tượng, thủy văn. Vì vậy, kết quả dự báo có
chất lượng cao và đáng tin cậy. Tuy nhiên, hệ thống dự báo hoạt động như một
trang Web cung cấp thông tin dự báo dưới dạng dữ liệu thuộc tính, chưa có các
bản đồ trực tuyến nên không thể gọi là một hệ thống WebGIS.

Hình 2.1. Giao diện chính của hệ thống dự báo ngập lụt trực tuyến
các sông Nhật Lệ, Bến Hải và Thạch Hãn (Quảng Bình, Quảng Trị)1

1

Nguồn: Phòng Sinh thái cảnh quan – Viện Địa lý, Website:


20

- Cổng thông tin của Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương
thuộc Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia, Bộ Tài nguyên Môi trường. Đây
là một trang cung cấp thông tin dự báo đầy đủ và chính xác, được cập nhật hàng
ngày, hàng giờ về tình hình khí tượng thủy văn trên toàn bộ lãnh thổ Việt Nam.
Dữ liệu về tình hình khí tượng thủy văn được thu thập từ rất nhiều trạm đo đạc,
quan trắc trong cả nước trải dài từ Bắc xuống Nam. Vì vậy, có thể nói đây là
một trung tâm dữ liệu quốc gia về khí tượng thủy văn, chịu trách nhiệm hàng
đầu trong công tác dự báo khí tượng thủy văn của tất cả các vùng trong cả nước.

Tuy nhiên, dữ liệu bản đồ của Trung tâm hầu hết là dưới dạng ảnh raster. Mặt
khác, trang web chỉ cung cấp thông tin dự báo dưới dạng dữ liệu thuộc tính, còn
các bản đồ là bản đồ mạng lưới trạm thủy văn và mạng lưới sông ngòi.

Hình 2.2. Trang chủ của Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương2
- Đề tài Hệ thống thông tin Tài nguyên nước Đồng bằng sông Cửu Long
do TS. Nguyễn Hiếu Trung, trường Đại học Cần Thơ làm chủ nhiệm (hiện đang
2

Nguồn: />

21

trong giai đoạn chạy thử nghiệm). Đây là công trình đầu tiên về quản lý tài
nguyên nước ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long bằng hệ thống mạng internet
dưới dạng một hệ thống WebGIS, được xây dựng dựa trên nền tảng kiến trúc 3
tầng với:
+ Tầng giao diện phía người sử dụng (map Client): được thiết kế trên nền
tảng thư viện Javascript Ka-map;
+ Tầng cơ sở dữ liệu: sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu PostgreSQL với
plugin PostGIS hỗ trợ công cụ thao tác trên dữ liệu không gian;
+ Tầng máy chủ bản đồ: sử dụng MapServer (do trường Đại học Minesota
phát triển).

Hình 2.3. Giao diện chính của trang Hệ thống thông tin tài nguyên nước
Đồng bằng sông Cửu Long – trường Đại học Cần Thơ3
Hệ thống cung cấp các công cụ cơ bản của một WebGIS:
3

Nguồn: HTTT Tài nguyên nước Đồng bằng sông Cửu Long ( />

22

+ Thể hiện các lớp bản đồ chuyên đề: sinh thái nông nghiệp, mưa và bốc
hơi, xâm nhập mặn, ngập và đơn vị hành chính.
+ Các công cụ cơ bản trong một phần mềm GIS: phóng to, thu nhỏ, di
chuyển bản đồ, truy vấn thông tin, chồng lớp bản đồ.
Đề tài được đánh giá cao, do được xây dựng trên nền tảng mã nguồn mở.
Tuy nhiên vẫn còn một số điểm chưa được làm rõ: dữ liệu để thành lập chuyên
đề chưa nói rõ được cập nhật vào thời điểm nào; chưa hỗ trợ các công cụ chỉnh
sửa và thêm mới đối tượng không gian.
2.2. Ngoài nước
- Hệ thống thông tin lũ lụt TIMIS là một hệ dự án xuyên quốc gia được
phát triển từ năm 2008 bởi 7 dự án từ các nước Luxemboug, Pháp và Đức cùng
phát triển hệ thống với dữ liệu của hàng trăm con sông, suối. Mục tiêu chính của
các dự án là làm giảm thiệt hại do lũ ở mức thấp nhất bằng cách cung cấp các
thông tin dự báo:
+ Lập bản đồ nguy cơ lũ;
+ Cải thiện độ chính xác về dự báo lũ lưu vực sông Mosel;
+ Phát triển một hệ thống cảnh báo sớm lũ lụt cho các khu vực sông nhỏ;
+ Xây dựng Hệ thông thông tin địa lý về lũ lụt (Flood GIS) bao gồm việc
phát triển một WebGIS, một WebGIS plus và DesktopGIS.
Do được đầu tư về nguồn kinh phí và sự tập trung của các đội ngũ chuyên
gia, các nhà khoa học nên đây là một hệ thống WebGIS đồ sộ.


23

Hình 2.4. Giao diện WebGIS của TIMIS ở nước Luxemboug4

Hình 2.5. Giao diện WebGIS của TIMIS ở nước Đức5
- Dự án Cứu trợ lũ lụt (Flood RELIEF) được hỗ trợ bởi Ủy ban Châu Âu
(European Commission) là hệ thống hỗ trợ ra quyết định được lập theo thời gian
thực tích hợp hệ thống thủy văn, công nghệ radar và khí tượng, góp phần vào
việc thực hiện mục tiêu Quản lý bền vững và chất lượng nước trong vấn đề sử
dụng năng lượng, bảo vệ môi trường và phát triển bền vững, với những vấn đề
4

Nguồn: />
5

Nguồn: />

24

cụ thể: giám sát, cảnh báo sớm và nâng cao chất lượng dự báo lũ. Dự án được
thực hiện bởi 7 đối tác lớn ở Châu Âu:
+ DHI Water & Environment, Đan Mạch;
+ Trung tâm nghiên cứu Quản lý nước và môi trường, Đại học Bristol;
+ Viện nghiên cứu môi trường quốc gia NERI, Đan Mạch;
+ GKSS, Forschungszentrum GmbH Geestacht, Đức;
+ Viện Khí tượng và quản lý nước, Wroclaw IMGW, Ba Lan;
+ GEOMOR;
+ Cơ quan Môi trường, nước Anh.
Dự án đã thực hiện nghiên cứu ở 2 khu vực: vùng thượng lưu và trung lưu
lưu vực sông Odra và các lưu vực sông Kaczawa, Ba Lan; lưu vực sông Welland
và Glen, nước Anh.
- Cổng Thông tin Tài nguyên nước bang Ticino, Thụy Só được thiết kế bởi
Phòng Địa tin học, Viện Khoa học Trái đất, trường Đại học Khoa học Ứng dụng
Nam Thụy Sỹ (University of Applied Sciences of the South Switzerlad – SUPSI)

dưới sự bảo trợ của Sở Môi trường, Sở Xây dựng và Thiết kế. Website được thiết
kế dựa trên các chuẩn OGC: WMS (Web Mapping Service), SOS (Sensor
Observation Service) và WPS (Web Processing Service). Phía client của
Website được thiết kế dựa trên thư viện mã nguồn mở OpenLayers, GeoExt vaø
ExtJS.