Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu gis phục vụ quản lý tài nguyên nước khu vực hạ lưu sông mã trên địa bàn tỉnh thanh hoá

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA - CHẤT
-------------0O0------------

NGUYỄN ANH TUẤN

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS PHỤC VỤ
QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC KHU VỰC HẠ LƯU SƠNG MÃ
TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH THANH HỐ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội - Năm 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA - CHẤT
-------------0O0------------

NGUYỄN ANH TUẤN

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS PHỤC VỤ
QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC KHU VỰC HẠ LƯU SƠNG MÃ
TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH THANH HỐ

Chun ngành:

Kỹ thuật trắc địa

Mã số: 60.52.85

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. NGUYỄN BÁ DŨNG


-3-

LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản thân. Các số liệu, kết
quả trình bày trong luận văn là đúng sự thật và chưa từng được cơng bố trong bất kỳ
cơng trình nào khác.

Tác giả luận văn

Nguyễn Anh Tuấn


-4-

MỤC LỤC
MỤC LỤC ................................................................................................................................ 4
DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................................................... 7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ................................................................................................. 8
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ................................................................................................. 9
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 12
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS..................................... 18

1.1. Giới thiệu chung về hệ thông tin địa lý (GIS) ......................................................... 18
1.2. Các chức năng cơ bản của GIS ................................................................................. 21
1.3. Khái niệm về CSDL trong HTTĐL ......................................................................... 24
1.3.1. Khái niệm cơ sở dữ liệu GIS. ..................................................................................... 24
1.3.2. Ngôn ngữ xây dựng cơ sở dữ liệu GIS. ..................................................................... 25
1.3.3. Cấu trúc cơ sở dữ liệu GIS. ........................................................................................ 26
1.3.4. Tổ chức cơ sở dữ liệu GIS. ......................................................................................... 34
1.3.5. Chuẩn cơ sở dữ liệu GIS. ........................................................................................... 36
1.4. Nghiên cứu lựa chọn giải pháp xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ quản lý
tài nguyên - môi trƣờng. ..................................................................................................... 37
1.4.1. Tích hợp tư liệu viễn thám trong xây dựng cơ sở dữ liệu GIS. ............................... 37
1.4.2. Nguyên tắc gắn kết dữ liệu khơng gian và thuộc tính trong phân tích dữ liệu...... 38
1.4.3. Qui trình xây dựng cơ sở dữ liệu GIS........................................................................ 38
1.5. Ứng dụng của hệ thơng tin địa lý .............................................................................. 40
CHƢƠNG 2: THỰC TRẠNG MƠI TRƢỜNG NƢỚC TỈNH THANH HÓA ... 42
2.1. Nƣớc mặt lục địa .......................................................................................................... 43
2.1.1. Tài nguyên nước mặt lục địa: .................................................................................... 43
2.1.2. Các nguồn gây ô nhiễm nước mặt lục địa:............................................................... 43
2.2. Nƣớc dƣới đất ............................................................................................................... 66
2.2.1. Tài nguyên nước dưới đất: ......................................................................................... 66
2.2.2. Hiện trạng chất lượng nước ngầm:........................................................................... 67
2.2.3. Nguồn gây ô nhiễm nước dưới đất:........................................................................... 67
2.2.4. Diễn biến ô nhiễm chất lượng nước dưới đất........................................................... 69
2.3. Nƣớc biển ven bờ.......................................................................................................... 77
2.3.1. Các nguồn gây ô nhiễm nước biển ven bờ: .............................................................. 77


-5-

2.3.2. Diễn biến ô nhiễm: ...................................................................................................... 78

2.4. Dự báo và quy hoạch phát triển liên quan đến môi trƣờng nƣớc...................... 80
2.4.1. Dự báo mức độ ô nhiễm trong tương lai: ................................................................. 80
2.4.2. Quy hoạch quản lý môi trường nước: ....................................................................... 88
CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS PHỤC VỤ
QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƢỚC KHU VỰC HẠ LƢU SƠNG MÃ TRÊN
ĐỊA BÀN TỈNH THANH HỐ ...................................................................................... 94
3.1. Điều kiện tự nhiên ........................................................................................................ 94
3.1.1. Vị trí địa lý.................................................................................................................... 94
3.1.2. Đặc điểm địa hình ....................................................................................................... 94
3.2. Đặc trƣng khí hậu ........................................................................................................ 95
3.2.1. Chế độ nhiệt ................................................................................................................. 95
3.2.2. Lượng mưa................................................................................................................... 96
3.2.3. Độ ẩm ........................................................................................................................... 96
3.2.4. Bão, áp thấp nhiệt đới................................................................................................. 96
3.2.5. Lũ .................................................................................................................................. 97
3.3. Đặc điểm kinh tế- xã hội.............................................................................................. 97
3.3.1. Tăng trưởng kinh tế..................................................................................................... 97
3.3.2. Dân số, lao động và giải quyết việc làm ................................................................... 98
3.3.3. Giáo dục, đào tạo và y tế ............................................................................................ 98
3.4. Nhiệm vụ của thực nghiệm ........................................................................................ 99
3.5. Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ quản lý tài nguyên..................................... 99
3.5.1. Tư liệu và phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 99
3.5.2. Xử lý dữ liệu ............................................................................................................... 100
3.5.3. Xây dựng CSDL tài nguyên nước ............................................................................ 106
3.6. Phân tích đánh giá kết quả thực nghiệm............................................................... 113
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................................ 115
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 117
PHỤ LỤC............................................................................................................................ 119

-6-

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Viết tắt

Viết đầy đủ

CSDL: Cơ sở dữ liệu
CPU:

DBMS:

DEM:

(Central Processing Unit)
Bộ xử lý trung tâm
(Database Management System)
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu
(Data Elevation Model)
Mơ hình số độ cao

KT-XH: Kinh tế xã hội
GIS:

(Geographic Information System)
Hệ thông tin địa lý

HQTCSDL: Hệ quản trị cơ sở dữ liệu
HTTTDL: Hệ thống thông tin địa lý

QCCP: Quy chuẩn cho phép
GeoDBMS:

(Geometry Data base Management System)
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu không gian


-7-

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Ví dụ về các định nghĩa kiểu đối tượng trong cơ sở dữ liệu GIS ......

24

Bảng 1.2. Ví dụ về phân lớp đối tượng địa lý.....................................................

28

Bảng 1.3. Các nguyên tắc topology....................................................................

30

Bảng 2.1. Tình hình xả thải vào nguồn nước khu đô thị và khu dân cư tập
trung tỉnh Thanh Hoá.........................................................................................

44

Bảng 2.2: Trữ lượng nước dưới đất ở một số vùng trong tỉnh Thanh Hoá........

66

Bảng 2.3: Tải lượng các chất ơ nhiễm có trong nước thải sinh hoạt.................

80

Bảng 2.4: Dự báo lượng nước thải và chất lượng nước thải đơ thị đến
năm 2020............................................................................................................

81

Bảng 2.5: Dự tính lượng nước thải và chất lượng nước vùng nông thôn đến
năm 2020............................................................................................................

83

Bảng 2.6: Dự báo tải lượng ô nhiễm trong nước thải công nghiệp đến
năm 2020............................................................................................................

84

Bảng 2.7: Dự báo lưu lượng và thành phần nước thải một số ngành CN..........

85

Bảng 2.8: Tải lượng ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi...................................

87

Bảng 2.9: Dự báo lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm trong chăn ni............

87

Bảng 3.1. Bảng thống kê các nhóm lớp và các lớp thông tin của CSDL ...........

104


-8-

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1-1: Mối liên hệ các thành phần của hệ thống thơng tin địa lý.................

19

Hình 1-2: Các thành phần phần cứng của hệ thống thông tin địa lý.................

20

Hình 1-3: Thành phần phần mềm cơ bản của hệ thống thơng tin địa lý............

21

Hình 1-4: Sự tương quan giữa GIS và các hệ thơng tin khác.............................

24

Hình 1- 5: Biểu diễn thông tin dạng điểm, đường, vùng theo cấu trúc vector...

27

Hình 1- 6: Minh họa thơng tin raster................................................................

28

Hình 1- 7: Liên kết dữ liệu khơng gian và thuộc tính.........................................

34

Hình 1-8: Tổ chức cơ sở dữ liệu Shape files......................................................

34

Hình 1- 9: Tổ chức cơ sở dữ liệu – GeoDatabase..............................................

35

Hình 3-1: Quy trình cơng nghệ thành lập bản đồ nền địa lý..............................

101

Hình 3-2: Chồng ghép các lớp bản đồ địa hình tỉnh Thanh Hóa.......................

102

Hình 3-3: Quy trình cơng nghệ xây dựng CSDL tài nguyên nước (GIS)...........

106

Hình 3-4: Cấu trúc cơ sở dữ liệu bản đồ tài ngun nước tỉnh Thanh Hóa.......

108

Hình 3-5: Vị trí các điểm quan trắc....................................................................

109

Hình 3-6: Nội dung dữ liệu biên giới địa giới....................................................

109

Hình 3-7: Nội dung cơ sở hạ tầng......................................................................

110

Hình 3-8: Nội dung địa hình...............................................................................

110

Hình 3-9: Nội dung giao thơng...........................................................................

111

Hình 3-10: Nội dung thủy hệ..............................................................................

111

Hình 3-11: Lớp phủ bề mặt................................................................................. 112
Hình 3-12: Tài ngun nước...............................................................................

112

Hình 3-13: Mơ hình DEM tỉnh Thanh Hóa........................................................

113


-9-

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 2.1. Diễn biến hàm lượng SS trong nước sơng Mó.................................. 45
Biểu đồ 2.2. Diễn biến hàm lượng NO2- trong nước sơng Mó............................. 46
Biểu đồ 2.3. Diễn biến hàm lượng BOD5 trong nước sông Chu..........................

46

Biểu đồ 2.4. Diễn biến hàm lượng SS trong nước sông Chu...............................

47

Biểu đồ 2.5. Diễn biến hàm lượng NH4+ trong nước sông Chu..........................

47

Biểu đồ 2.6. Diễn biến hàm lượng dầu mỡ trong nước sông Chu........................

48

Biểu đồ 2.7. Diễn biến hàm lượng BOD5 trong nước sông Cầu Chày................. 48
Biểu đồ 2.8. Diễn biến hàm lượng NH4+ trong nước sông Cầu Chày................. 49

Biểu đồ 2.9.Diễn biến hàm lượng tổng dầu, mỡ trong nước sông Cầu Chày.......

49

Biểu đồ 2.10. Diễn biến - Hàm lượng NH4+ trong nước sông Bưởi.................... 50
Biểu đồ 2.11. Diễn biến hàm lượng dầu mỡ trong nước sông Bưởi.....................

50

Biểu đồ 2.12. Diễn biến hàm lượng BOD trong nước sông Lốn..........................

51

Biểu đồ 2.13. Diễn biến hàm lượng sắt trong nước sông Lốn..............................

51

Biểu đồ 2.14. Diễn biến hàm lượng dầu mỡ trong nước sông Lốn....................... 52
Biểu đồ 2.15. Diễn biến hàm lượng Amoni trong nước sông Lạch Trường.........

52

Biểu đồ 2.16. Diễn biến hàm lượng dầu,mỡ trong nước sông Lạch Trường........

53

Biểu đồ 2.17. Diễn biến hàm lượng BOD5 trong nước sông Yên......................... 54
Biểu đồ 2.18. Diễn biến hàm lượng Fe trong nước sông Yên...............................

54

Biểu đồ 2.19. Diễn biến hàm lượng Amoni trong nước sông Yên........................

55

Biểu đồ 2.20. Diễn biến hàm lượng NO2- trong nước sông Yên..........................

55

Biểu đồ 2.21. Diễn biến hàm lượng dầu, mỡ trong nước sông Yên......................

56

Biểu đồ 2.22. Diễn biến hàm lượng BOD5 trong nước các sông thuộc hệ
thống sông Yên......................................................................................................

56

Biểu đồ 2.23. Diễn biến hàm lượng Fe trong nước các sông thuộc hệ thống
sông Yên................................................................................................................
Biểu đồ 2.24. Diễn biến hàm lượng NO2- trong nước các sông thuộc hệ thống

57


- 10 sông Yên................................................................................................................

57

Biểu đồ 2.25. Diễn biến nồng độ dầu, mỡ trong nước Trên các sông thuộc

hệ thống sông Yên.................................................................................................

58

Biểu đồ 2.26. Diễn biến hàm lượng NH4+ trong nước hệ thống sông Hoạt........

59

Biểu đồ 2.27. Diễn biến hàm lượng Fe trong nước hệ thống sông Hoạt..............

59

Biểu đồ 2.28. Diễn biến hàm lượng dầu, mỡ trong nước hệ thống sông Hoạt.....

60

Biểu đồ 2.29. Diễn biến lần lượt hàm lượng Amoni; NO2- ; dầu, mỡ trong
nước sông Bạng....................................................................................................

61

Biểu đồ 2.30. Diễn biến hàm lượng Fe trong nước hệ thống sông Nhà Lê..........

61

Biểu đồ 2.31. Diễn biến hàm lượng NO2- trong nước hệ thống sông Nhà Lê.....

62

Biểu đồ2.32. Diễn biến hàm lượng SS trong nước hệ thống sông Nhà Lê...........

62

Biểu đồ 2.33. Diễn biến hàm lượng dầu, mỡ trong nước hệ thống sông Nhà Lê.

63

Biểu đồ 2.34. Diễn biến hàm lượng Amoni trong nước hồ...................................

64

Biểu đồ 2.35. Diễn biến hàm lượng tổng dầu, mỡ trong nước hồ........................

64

Biểu đồ 2.36. Diễn biến hàm lượng NO2- trong nước hồ..................................... 65
Biểu đồ 2.37. Diễn biến hàm lượng Fe trong nước dưới đất tại khu vực công
nghiệp, làng nghề..................................................................................................

70

Biểu đồ 2.38. Diễn biến hàm lượng độ cứng trong nước dưới đất tại..................

71

Biểu đồ2.39. Diễn biến hàm lượng chất rắn tổng số trong nước dưới đất tại
khu vực công nghiệp, làng nghề...........................................................................

71

Biểu đồ 2.40. Diễn biến hàm lượng amoni số trong nước dưới đất tại khu vực
công nghiệp, làng nghề.........................................................................................

72

Biểu đồ 2.41. Diễn biến hàm lượng Mn trong nước dưới đất tại khu vực công
nghiệp, làng nghề..................................................................................................

72

Biểu đồ 2.42. Diễn biến hàm lượng NH4+ trong nước dưới đất tại khu vực
khai thác khóang sản............................................................................................

73

Biểu đồ 2.43. Diễn biến hàm lượng Mn trong nước dưới đất tại khu vực khai
thác khoáng sản....................................................................................................
Biểu đồ 2.44. Diễn biến hàm lượng Fe trong nước dưới đất tại khu vực khai

74


- 11 thác khoáng sản....................................................................................................

74

Biểu đồ2.45. Diễn biến hàm lượng chất rắn tổng số trong nước dưới đất khu
vực ven biển..........................................................................................................

75

Biểu đồ 2.46. Diễn biến hàm lượng Amoni trong nước dưới đất khu vực
ven biển.................................................................................................................

76

Biểu đồ 2.47. Diễn biến hàm lượng Mn trong nước dưới đất khu vực ven biển... 76
Biểu đồ 2.48. Diễn biến hàm lượng Mn trong nước biển ven bờ......................... 79
Biểu đồ 2.49. Diễn biến hàm lượng Fe trong nước biển ven bờ..........................

79

Biểu đồ 2.50. Diễn biến hàm lượng dầu mỡ trong nước biển ven bờ...................

80


- 12 -

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Cùng với q trình cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa, những áp lực từ các hoạt
động kinh tế - xã hội tỉnh Thanh Hố đến mơi trường, trong đó có tài nguyên rừng,
tài nguyên đất, tài nguyên nước ngày càng lớn. Đặc biệt là làm suy thoái nguồn tài
nguyên nước, gây ảnh hưởng không nhỏ đến cuộc sống người dân và các hệ sinh
thái tự nhiên, cũng như tác động đến năng suất, chất lượng của các sản phẩm ngành
Nông nghiệp - Lâm nghiệp - Thủy sản.
Chiếm phần lớn diện tích hệ thống sơng ngịi trên lãnh thổ tỉnh Thanh Hóa,
Sơng Mã đóng vai trị quan trọng trong quy trình cung cấp, cân bằng nước và điều
tiết hệ thống thủy văn tồn vùng. Hiện nay, trên khu vực hạ lưu sơng Mã hiện hữu

tất cả các hiện tượng về ô nhiễm, suy thối và tai biến mơi trường. Việc nghiên cứu
quản lý, khai thác theo lưu vực là phương thức quản lý hiệu quả nhất nhằm giải
quyết những vấn đề về môi trường nước và các mối liên quan giữa các phần: thượng
lưu, trung lưu và hạ lưu của một dòng sông theo hướng phát triển bền vững chung
cho cả lưu vực. Tại nghị định số 120/2008/ NĐ - CP ngày 01 tháng 12 năm 2008
của Chính Phủ về quản lý lưu vực sông nhấn mạnh rằng, tài nguyên nước trong lưu
vực sông phải được quản lý thống nhất, không chia cắt giữa các lớp hành chính,
giữa thượng nguồn và hạ nguồn. Việc khai thác, sử dụng tài nguyên nước, xả nước
thải trên lưu vực sông phải thực hiện nghĩa vụ tài chính theo quy định của pháp luật.
Kết hợp chặt chẽ giữa khai thác, sử dụng, phát triển tài nguyên nước với việc bảo vệ
môi trường, khai thác các nguồn tài nguyên thiên nhiên khác trong lưu vực. Vì vậy,
việc thiết lập một hệ thống thông tin dữ liệu là cần thiết hỗ trợ công tác quản lý môi
trường của lưu vực sông Mã trong giai đoạn hiện nay. Cơ sở dữ liệu GIS là hệ cơ sở
dữ liệu hiện đại, cho phép cập nhật, lưu trữ, quản lý, phân tích và chia sẻ thơng tin,
chắc chắn sẽ là cơng cụ kỹ thuật tin cậy phục vụ hiệu quả công tác quản lý mơi
trường nói chung và của lưu vực sơng Mã nói riêng. Do đó, đề tài : “Nghiên cứu
xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ quản lý tài nguyên nước khu vực hạ lưu


- 13 sơng Mã trên địa bàn tỉnh Thanh Hố” được thực hiện với mục tiêu xây dựng cơ
sở dữ liệu tài nguyên nước trên khu vực Hạ lưu sông Mã phục vụ cho công tác quản
lý, khai thác tài nguyên và môi trường nước theo lưu vực, trên cơ sở đó đề xuất các
giải pháp quản lý, khai thác tài nguyên môi trường theo lưu vực dựa trên công nghệ
thích hợp, đảm bảo sự phát triển bền vững cả hiện tại và trong tương lai.
2. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài
* Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu chuẩn cơ sở dữ liệu GIS, nghiên cứu tính năng, tác dụng của các
hệ thống GIS trong xây dựng và quản lý cơ sở dữ liệu, nghiên cứu hiện trạng tài
nguyên nước khu vực hạ lưu lưu vực sông Mã, xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ quản
lý tài nguyên nước khu vực hạ lưu sông Mã trên địa bàn tỉnh Thanh Hoá.

*Nhiệm vụ của đề tài
- Nghiên cứu chuẩn cở sở dữ liệu GIS
- Thu thập cơ sở dữ liệu về tài nguyên, môi trường nước khu vực hạ lưu sơng
mã tỉnh Thanh Hóa
- Xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa hình phục vụ xây dựng cơ sở dữ liệu;
- Nghiên cứu quy trình cơng nghệ thành lập CSDL GIS
Thành lập CSDL GIS tài nguyên nước trên khu vực hạ lưu sơng mã thuộc
tỉnh Thanh Hóa phục vụ quản lý tài nguyên và môi trường.
3. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vị nghiên cứu của đề tài trên khu vực hạ lưu sơng Mã thuộc tỉnh
Thanh Hóa
4. Nội dung nghiên cứu
- Thu thập và tổng hợp tài liệu có liên quan đến đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

- Tổng quan về tình hình tài nguyên nước tỉnh Thanh Hoá.


- 14 - Xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý tỉnh Thanh Hoá.
- Xác định các chuyên đề về tài nguyên nước.
- Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ quản lý tài nguyên nước tỉnh Thanh Hoá.

5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Phương pháp tổng hợp kế thừa
- Thu thập tài liệu đã có liên quan tới các phương pháp và nội dung của luận văn
- Phân tích, lựa chọn các phương pháp nghiên cứu phù hợp
- Phân tích, tổng hợp các kết quả nghiên cứu, các tư liệu liên quan đến nội
dung của luận văn.
Phương pháp sử dụng cơng nghệ viễn thám
Cơng nghệ giải đốn ảnh, xử lý ảnh số, chiết tách các lớp thông tin, cung cấp
dữ liệu đầu vào cho luận văn như: mạng lưới thủy văn, hiện trạng lớp phủ bề mặt,

thành lập bản đồ địa hình...
Phương pháp hiện chỉnh dữ liệu địa hình
Từ các tư liệu bản đồ đã có trong q trình thu thập, hiện chỉnh lại nội dung
thông tin nền địa lý theo dấu hiệu ảnh mới nhất để đưa ra được bản đồ nền địa lý
phục vụ cho luận văn.
Phương pháp tích hợp thơng tin xây dựng cơ sở dữ liệu GIS
Sử dụng GIS như một công cụ để: Xây dựng cơ sở dữ liệu, quản lý thông tin
hiện trạng, phân tích thơng tin và đề xuất giải pháp, đánh giá tình hình quản lý tài
nguyên nước...
Phương pháp kết hợp ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS
- Các phương pháp giải đốn và chiết tách thơng tin từ ảnh vệ tinh bao gồm
phương pháp phân loại tự động, bán tự động (có giám định), giải đốn bằng mắt và


- 15 điều vẽ trực tiếp trên máy tính, điều vẽ bằng mắt trên ảnh in ra kết hợp với các tư
liệu bổ sung
- Các lớp thông tin được chiết tách từ ảnh vệ tinh được số hóa và chuẩn hóa,
đưa vào CSDL chun đề
- Sử dụng các cơng cụ GIS để chồng ghép các lớp thông tin lên bản đồ nền,
thành lập bản đồ địa lý tài nguyên nước.
Phương pháp phân tích thống kê
- Các số liệu thống kê thu thập được từ các cơ quan lưu trữ đầu ngành qua
q trình xử lý, phân tích sẽ bổ sung thêm nội dung cho bản đồ hiện trạng và là cơ
sở để đánh giá các thông tin thu được từ bản đồ mới thành lập
- Các số liệu thống kê thu được từ phân tích các thơng tin là cơ sở để đánh
giá và quy hoạch.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
Về mặt khoa học, đề tài giúp học viên nắm chắc kiến thức cơ bản về quản lý
tài nguyên nước, về GIS, các ứng dụng của công nghệ GIS phục vụ xây dựng cơ sở
dữ liệu nền địa lý, cũng như cơ sở dữ liệu chuyên đề tài nguyên nước nhằm phục vụ

hiệu quả công tác quản lý của ngành. Bên cạnh đó, kết quả nghiên cứu của đề tài
phục vụ tốt cho đánh giá hiện trạng tài nguyên nước, phục vụ công tác quản lý, xử
dụng hiệu quả tài nguyên nước khu vực hạ lưu sơng Mã tỉnh Thanh Hóa đảm bảo
phát triển kinh tế xã hội bền vững.
7. Cấu trúc của luận văn

Luận văn bao gồm phần Mở đầu, 3 chương, phần kết luận được trình bày
trong 119 trang với 22 hình vẽ, 50 biểu đồ và 13 bảng.
Luận văn đã được hoàn thành dưới sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn: TS
Nguyễn Bá Dũng (Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội). Tơi xin
được bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới giáo viên hướng dẫn, người đã tận tình chỉ bảo


- 16 và giúp đỡ tơi hồn thành luận văn này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới
các thầy trong bộ môn Trắc địa Mỏ - Công trình, các đồng nghiệp nơi tơi cơng tác,
gia đình và bạn bè, những người đã giúp đỡ, hỗ trợ tôi hết mình trong quá trình
nghiên cứu và viết luận văn.


- 17 -

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Bá Dũng,
thầy là người đã đưa ra định hướng và tận tình hướng dẫn về mặt khoa học cho tơi
trong suốt q trình nghiên cứu và hồn thành luận văn.
Xin chân thành cảm ơn các thầy GS.TS. Võ Chí Mỹ, PGS.TS Nguyễn Xuân
Thụy, TS. Vương Trọng Kha, TS. Phạm Công Khải cùng các thầy, cô giáo Bộ môn
Trắc địa Mỏ, khoa Trắc địa đã chỉ dẫn, đóng góp nhiều ý kiến bổ ích trong q trình
hồn thành luận văn. Xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, phòng Tổ chức Cán
bộ, phòng Đại học và Sau Đại học trường Đại học Mỏ - Địa Chất đã tạo mọi điều

kiện thuận lợi cho tơi trong q trình hồn thành khóa học Cao học tại trường.
Tơi cũng xin bày tỏ lịng cảm ơn đến các cán bộ Chi cục bảo vệ Môi trường
thuộc Sở Tài ngun Mơi trường tỉnh Thanh Hố đã hỗ trợ và cung cấp dữ liệu cho
luận văn.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè đã thường xun
động viên, giúp đỡ để tơi hồn thành luận văn này.


- 18 -

CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS
1.1. Giới thiệu chung về hệ thông tin địa lý (GIS)
Khái niệm
Hệ thống thông tin địa lý là tập hợp một bộ các công cụ mạnh trợ giúp cho
việc thu thập, lưu trữ, truy cập, biến đổi và hiển thị các thông tin không gian từ thế
giới thực cho tập hợp mục đích nào đó.
- GIS thực sự là cơng cụ rất mạnh có thể lưu trữ tất cả các thông tin về mọi
đối tượng nghiên cứu để tạo nên các lớp thông tin khác nhau. Thông tin GIS được
chia ra theo hai kiểu thơng tin chính là không gian và phi không gian. Chúng được
lưu trữ trong một tổ chức cơ sở dữ liệu hợp lý và hoàn hảo, cho phép chúng ta truy
nhập và cập nhật thơng tin thường xun dễ dàng, nhanh chóng. GIS sẽ cho phép
chúng ta triết lọc ra các thơng tin thích hợp, đồng thời cho phép chúng ta phân tích
thơng tin khơng gian và thuộc tính với một tổ hợp thơng tin đa nguồn.
- Việc định nghĩa GIS không dễ dàng bởi lẽ có thể có nhiều quan điểm phân
loại đơí tượng và chủ đề. Sự khó khăn khi định nghĩa GIS cịn do tính đa ngành và
đa phương pháp được dùng trong GIS. Nội dung đánh giá về chức năng quan trọng
trong hợp phần của GIS cũng khác nhau. Có quan điểm cho rằng phần mềm và phần
cứng là trọng tâm của GIS. Người khác lại cho rằng chìa khóa của vấn đề là xử lý
thông tin và ứng dụng.
Một số định nghĩa GIS của các tác giả khác nhau:

Theo Burrough (1986) thì GIS là “tập hợp các cơng cụ để thu nhập, lưu trữ,
tra cứu chuyển đổi và biểu thị các dữ liệu không gian từ thế giới thực. Do quan
niệm GIS là một hệ thu nhận lưu trữ kiểm tra, vận hành phân tích và biểu thị dữ liệu
được tham chiếu với hiện thực của Trái Đất”.
Parker (1988) định nghĩa GIS như một “kỹ nghệ thông tin nhằm lưu trữ,
phân tích và biểu thị dữ liệu khơng gian và phi không gian’’.
Aronoff (1989) xem GIS theo quan điểm “bất kỳ một phương thức trên sách
tra khảo hoặc máy tính dùng để lưu trữ thao tác các dữ liệu tham chiếu địa lý’’.
Như vậy là dù định nghĩa GIS bằng cách này hay cách khác, các tác giả đều
có một điểm chung là GIS liên quan đến một hệ thơng tin các dữ liệu địa lý có sự


- 19 tham gia của máy tính. GIS hiện thực không gian được thể hiện như một loạt các
nét địa lý định nghĩa tương ứng với hai hợp phần dữ liệu.
Cấu trúc của GIS
Hệ thống thông tin địa lý bao gồm các thành phần cơ bản sau:
- Các thiết bị phần cứng: Bao gồm máy tính hoặc mạng máy tính và các thiết
bị ngoại vi có khả năng thực hiện các chức năng nhập, xuất, lưu và xử lý số liệu.
- Các phần mềm: Bao gồm phần mềm hệ thống, phần mềm quản trị, phần
mềm ứng dụng.
- Cơ sở dữ liệu: Bao gồm các loại dữ liệu chứa các thông tin không gian
(thông tin địa lý) và các thông tin phi khơng gian (thơng tin thuộc tính) được tổ
chức theo một ý đồ chuyên ngành nhất định.
- Phương pháp: là các quy trình, cơ sở khoa học của việc thực hiện các thao
tác xử lý cũng như các quy định về trao đổi, kết nối của các thành phần trong hệ
thống.
- Đội ngũ các cán bộ: là các chuyên gia sử dụng và khai thác hệ thống.

Hình 1-1: Mối liên hệ các thành phần của hệ thống thông tin địa lý
Phần cứng

Phần cứng tổng quát của hệ thống thông tin địa lý gồm những thiết bị được
thể hiện theo sơ đồ sau:


- 20 -

Ổ đĩa

Bộ phận số hoá
Bộ xử lý trung
tâm

Ổ băng từ

Máy vẽ
Bộ phận hiện
hình

Hình 1-2: Các thành phần phần cứng của hệ thống thơng tin địa lý
Máy tính hoặc bộ xử lý trung tâm (CPU) được kết nối với đơn vị lưu trữ gồm
ổ đĩa, băng từ để lưu trữ dữ liệu và chương trình. Bàn số hố (digitizer) hoặc các
thiết bị tương tự khác có nhiệm vụ chuyển đổi dữ liệu trong bản đồ thành dạng số
và gửi vào máy tính. Máy vẽ hoặc các thiết bị hiển thị khác dùng để hiển thị các kết
quả xử lý dữ liệu. Băng từ cịn sử dụng để truyền thơng với các hệ thống khác. Việc
kết nối truyền thông các máy tính được thực hiện thơng qua hệ thống mạng với các
đường dữ liệu đặc biệt hoặc đường điện thoại qua modem. Thiết bị hình là thiết bị
giao tiếp hiển thị như màn hình, thơng qua đó người sử dụng điều khiển máy tính.
Phần mềm
Một khối phần mềm của hệ thống thơng tin địa lý gồm có nhiều modul
nhưng phải đảm bảo thực hiện được các chức năng sau:

- Nhập và kiểm tra dữ liệu.
- Lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu.
- Xuất dữ liệu.
- Chuyển đổi dữ liệu.
- Tương tác với người sử dụng.
Các thành phần phần mềm cơ bản của hệ thống thông tin địa lý được thể
hiện qua sơ đồ sau:


- 21 -

Hình 1-3: Thành phần phần mềm cơ bản của hệ thống thông tin địa lý
1.2. Các chức năng cơ bản của GIS
Nhập dữ liệu
Trước khi dữ liệu địa lý có thể dùng cho GIS, dữ liệu này phải được chuyển
sang dạng số thích hợp, biên tập và chỉnh sửa cho phù hợp với mục đích sử dụng.
Q trình chuyển dữ liệu từ bản đồ giấy sang các file dữ liệu dạng số gọi là q
trình số hóa. Cơng nghệ GIS hiện đại có thể tự động một phần q trình này với
cơng nghệ qt ảnh cho các đối tượng lớn, những đối tượng nhỏ hơn đòi hỏi một số
q trình số hóa thủ cơng (dùng bàn số hóa).
Chuyển đổi dữ liệu
Có những trường hợp dữ liệu địi hỏi được chuyển dạng (format) và thao tác
theo một số cách để có thể tương thích với hệ thống nhất định. Trước khi các thông
tin này được liên kết với nhau, chúng phải được chuyển về cùng một tỷ lệ (mức
chính xác hoặc mức chi tiết). Đây có thể chỉ là sự chuyển dạng tạm thời cho mục
đích hiển thị hoặc cố định cho yêu cầu phân tích. Và GIS cung cấp các cơng cụ cho
việc thực hiện mục đích này.
Thao tác dữ liệu
Công nghệ GIS cung cấp nhiều công cụ cho các thao tác trên dữ liệu không
gian và cho loại bỏ dữ liệu không cần thiết. Các chức năng phục vụ cho mục đích

sửa chữa, biên tập là các cơng cụ tùy chọn như: bổ sung, sao chép, xóa, dịch chuyển
dữ liệu... Bên cạnh đó cịn có các cơng cụ xây dựng các cấu trúc topology và biên
tập dữ liệu thuộc tính.
Quản lý dữ liệu


- 22 Đối với những mơ hình GIS nhỏ có thể lưu các dữ liệu không gian và dữ liệu
thuộc tính dưới dạng các file đơn giản. Tuy nhiên, khi kích thước dữ liệu trở nên lớn
hơn và cấu trúc phức tạp hơn thì cách tốt nhất là sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu
không gian (GeoDBMS) để giúp cho việc lưu trữ, tổ chức và quản lý thông tin. Một
GeoDBMS chỉ đơn giản là một phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu.
Trong nhiều cấu trúc GeoDBMS khác nhau, cấu trúc quan hệ trong GIS tỏ ra
hữu hiệu nhất. Trong cấu trúc quan hệ, dữ liệu được lưu trữ ở dạng bảng. Các
trường thuộc tính chung trong các bảng khác nhau được dùng để liên kết các bảng
này với nhau. Do linh hoạt nên cấu trúc đơn giản này được sử dụng và triển khai
khá rộng rãi trong các ứng dụng cả trong và ngoài GIS.
Hỏi đáp và phân tích khơng gian
Một khi đã có hệ GIS lưu giữ các thơng tin địa lý, có thể bắt đầu hỏi các câu
hỏi thuộc tính và khơng gian đơn giản như:
- Đất trên đồi núi là đất gì?
- Tổng diện tích đất nơng nghiệp là bao nhiêu?
Và các câu hỏi phân tích như:
- Tất cả các vị trí thích hợp cho xây dựng các tòa nhà mới nằm ở đâu?
- Kiểu đất ưu thế cho trồng rừng gì?
GIS cung cấp cả khả năng hỏi đáp từ đơn giản như “chỉ và nhấn” đến các
cơng cụ phân tích tinh vi để cung cấp kịp thời thông tin cho những người quản lý và
phân tích. Các hệ GIS hiện đại có nhiều cơng cụ phân tích hiệu quả, trong đó có
cơng cụ đặc biệt để chồng xếp dữ liệu địa lý.
Chồng xếp là q trình tích hợp các thơng tin khác nhau. Thao tác phân tích
thơng tin địi hỏi một hoặc nhiều lớp dữ liệu phải được liên kết vật lý. Sự chồng xếp

này hay liên kết khơng gian có thể là sự kết hợp dữ liệu về thổ nhưỡng, độ cao, độ
dốc, hiện trạng lớp phủ mặt đất. Để rút ra thơng tin này, thao tác tính tốn số học và
các phép logic được vận dụng trên các lớp thông tin khác nhau được nhập vào.
Chồng xếp các dữ liệu khác nhau này được thực hiện theo một quá trình bậc
thang. Lớp dữ liệu cần biết thông tin của lớp dữ liệu khác sẽ được thực hiện thông
qua phép phân tích bảng chéo (Crossing). Phép tốn được thiết lập trên mỗi giá trị
của lớp dữ liệu thứ nhất và giá trị tương ứng của lớp dữ liệu thứ hai. Việc tiến hành
phép Crossing lớp dữ liệu cần biết thông tin khác với từng lớp dữ liệu cần lấy thông
tin. Cuối cùng ta được thông tin tổng hợp liên quan đến dữ liệu ban đầu. Do vậy,


- 23 phép phân tích quan hệ khơng gian này giúp làm rõ mối quan hệ giữa các đối tượng
cần nghiên cứu với các đối tượng khác.
Chồng xếp được tiến hành trên cả lớp dữ liệu vector và raster. Chồng xếp
trên dữ liệu raster tiến hành đơn giản hơn song dung lượng lưu trữ của nó lại lớn
hơn dữ liệu vector rất nhiều. Do vậy, việc xử lý mất nhiều thời gian hơn. Cịn dữ
liệu vector, q trình chồng xếp mất ít thời gian hơn và chiếm dung lượng nhỏ hơn,
song độ chính xác của nó lại kém hơn so với chồng xếp dữ liệu raster. Do đó, tùy
theo mục đích sử dụng và yêu cầu độ chính xác của sản phẩm đầu ra mà ta lựa chọn
loại chồng xếp trên dạng dữ liệu nào.
Hiển thị
Với nhiều thao tác trên dữ liệu địa lý, kết quả cuối cùng là hiển thị tốt nhất
dưới dạng bản đồ số hoặc biểu đồ. Bản đồ khá hiệu quả trong lưu trữ và trao đổi
thông tin địa lý. GIS cung cấp nhiều công cụ mới và thú vị để mở rộng tính năng
nghệ thuật và tính khoa học của ngành bản đồ. Bản đồ, sơ đồ hiển thị có thể được
kết hợp với các bản báo cáo, hình ảnh ba chiều, ảnh chụp và các dữ liệu khác (đa
phương tiện).
Mối liên hệ của GIS với các hệ thơng tin khác
GIS có mối liên hệ chặt chẽ với các hệ xử lý thông tin và đồ họa sau:
- Hệ thiết kế với sự trợ giúp của máy tính CAD (Computer-Aided Design),

- Hệ vẽ bản đồ bằng máy tính,
- Hệ quản lý cơ sở dữ liệu DBMS
- Ngành khoa học viễn thám


- 24 -

Hình 1-4: Sự tương quan giữa GIS và các hệ thông tin khác
1.3. Khái niệm về CSDL trong HTTĐL

1.3.1. Khái niệm cơ sở dữ liệu GIS.
Các tập dữ liệu chứa thơng tin có liên quan đến một cơ quan, một tổ chức,
một chuyên ngành khoa học tự nhiên hoặc xã hội được lưu trữ trong máy tính theo
một qui định nào đó theo mục đích sử dụng được gọi là cơ sở dữ liệu (viết tắt
CSDL, tiếng Anh là Database).
Phần chương trình để có thể xử lý, thay đổi dữ liệu này là hệ quản trị cơ sở
dữ liệu (HQTCSDL - Database management system). Theo nghĩa này HQTCSDL
có nhiệm vụ rất quan trọng như là một bộ diễn dịch (interpreter) với ngôn ngữ bậc
cao nhằm giúp người sử dụng có thể dùng được hệ thống mà ít nhiều khơng cần
quan tâm đến thuật tốn chi tiết hoặc biểu diễn dữ liệu trong máy. Mục đích chính
của một hệ quản trị cơ sở dữ liệu là cung cấp một cách lưu trữ và truy lục thông tin
trong cơ sở dữ liệu sao cho vừa thuận tiện vừa hiệu quả.
Bảng 1.1. Ví dụ về các định nghĩa kiểu đối tượng trong cơ sở dữ liệu GIS [12]

Tên các thuộc tính

Đường biên giới quốc gia trên đất liền
AA01
Đường ranh giới được xác định bằng hệ thống mốc quốc giới để
phân định chủ quyền trên đất liền giữa hai quốc gia kề cạnh nhau.

Hiện trạng pháp lý, quốc gia liền kề, chiều dài.

Tên
Mã

Đường biên giới quốc gia trên biển
AA02

Tên
Mã
Mô tả


- 25 -

Mơ tả
Tên các thuộc tính
….
Tên
Mã
Mơ tả
Kiểu dữ liệu

Danh sách giá trị

Đường ranh giới phía ngồi lãnh hải của đất liền, lãnh hải của
đảo, lãnh hải của các quần đảo Việt Nam, được xác định và đánh
dấu bằng các toạ độ trên hải đồ theo quy định của pháp luật Việt
Nam và Điều ước quốc tế mà Việt Nam ký kết hoặc gia nhập.
Hiện trạng pháp lý, quốc gia liền kề, chiều dài.

….
Loại ranh giới sử dụng đất
LRD
Loại ranh giới sử dụng đất theo mục đích sử dụng.
Integer
Mã
Nhãn
Mơ tả
Đường ranh giới khu vực dành cho
1
Quốc phòng
quốc phòng, an ninh.
Đường ranh giới khu vực lâm
2
Lâm trường
trường.
Đường ranh giới khu vực nông
3
Nông trường
trường.
Đường ranh giới khu vực sử dụng
4
Ranh giới khác
đất vào các mục đích khác.

Dữ liệu trong hệ thống thơng tin địa lý là những dữ liệu luôn thay đổi và
phức hệ. Chúng bao gồm những mô tả số của hình ảnh bản đồ, mối quan hệ logic
giữa các hình ảnh đó, những dữ liệu thể hiện các đặc tính của hình ảnh và các hiện
tượng xảy ra tại các vị trí địa lý xác định. Nội dung của cơ sở dữ liệu được xác định
bởi các ứng dụng khác nhau của hệ thống thông tin địa lý trong một hồn cảnh cụ

thể.

1.3.2. Ngơn ngữ xây dựng cơ sở dữ liệu GIS.
Ngơn ngữ mơ hình hóa thống nhất UML (Unified Modeling Language UML) là một ngơn ngữ mơ hình hóa thống nhất có phần chính bao gồm những ký
hiệu hình học, được các phương pháp hướng đối tượng sử dụng để thể hiện và miêu
tả các thiết kế của một hệ thống. UML là ngôn ngữ để đặc tả, trực quan hóa, xây
dựng và làm sưu liệu cho nhiều khía cạnh khác nhau của một hệ thống.
Ngôn ngữ đánh dấu mở rộng XML (eXtensible Markup Language) là ngôn
ngữ xây dựng cấu trúc tài liệu văn bản. Siêu dữ liệu được trao đổi thông qua định
dạng XML.
Ngôn ngữ đánh dấu địa lý mở rộng GML (Geopraphy Markup Language) là
một tập hợp các lược đồ XML để mơ hình hóa, lưu trữ và trao đổi thông tin địa lý.