Xây dựng cơ sở dữ liệu gis phục vụ quản lý môi trường nước thử nghiệm cho huyện lương sơn, tỉnh hoà bình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
--------------------------------------

NGUYỄN HOÀNG LINH

XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS PHỤC VỤ QUẢN
LÝ MÔI TRƯỜNG NƯỚC THỬ NGHIỆM CHO HUYỆN
LƯƠNG SƠN, TỈNH HỒ BÌNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
--------------------------------------

NGUYỄN HOÀNG LINH

XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS PHỤC VỤ
QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG NƯỚC THỬ NGHIỆM CHO
HUYỆN LƯƠNG SƠN, TỈNH HỒ BÌNH

Chun ngành : Kỹ thuật trắc địa
Mã số : 60.52.85

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS Nguyễn Cẩm Vân

HÀ NỘI – 2010


1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công tr ình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong luận văn là hoàn toàn trung thực, chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ
cơng trình nào.

Tác giả Luận Văn

Nguyễn Hoàng Linh


2

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................ ................................ ................................ ..1
MỤC LỤC................................ ................................ ................................ .............. 2
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ CÁI VIẾT TẮT ................................ ..4
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................ ................................ ..................... 6
DANH MỤC CÁC HÌNH................................ ................................ ...................... 7
MỞ ĐẦU ................................ ................................ ................................ ................ 8
1. Tính cấp thiết của đề tài ................................ ................................ .................... 8
2. Mục đích đề tài ................................ ................................ ................................ ..9
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................ ................................ .....9

4. Nội dung nghiên cứu của đề tài................................ ................................ ....... 10
5. Phương pháp nghiên cứu ................................ ................................ ................ 10
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài................................ ........................ 11
7. Bố cục của luận văn ................................ ................................ ......................... 11
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ ............................ 13
1.1 NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ CSDL HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ ....................13

1.1.1 Hệ thông tin địa lý................................ ................................ ........ 13
1.1.2 Cấu trúc của hệ thống thông tin địa lý. ................................ ....... 14
1.1.2.1 Phần cứng:................................ ................................ .............. 14
1.1.2.2 Phần mềm ................................ ................................ ............... 14
1.1.2.3 Dữ liệu ................................ ................................ .................... 15
1.1.2.4 Con người ................................ ................................ ............... 15
1.1.3 Xây dựng cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý ................. 16
1.1.3.1 Khái niệm về dữ liệu địa lý ................................ ....................... 16
1.1.3.2 Cấu trúc dữ liệu địa lý ................................ ............................. 16
1.1.4 Các chức năng cơ bản của GIS ................................ ................... 20
1.1.5 Công nghệ xây dựng CSDL bằng GIS ................................ ......... 20
1.2 MÔI TRƯỜNG NƯỚC VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG NƯỚC. ......................22

1.2.1 Khái niệm về môi trường nước ................................ .................... 22
1.2.2 Quản lý môi trường nước ................................ ............................ 29
1.3 KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA CSDL TRONG QUẢN LÝ MÔI TR ƯỜNG
NƯỚC ..........................................................................................................................34
1.4 CHUẨN THÔNG TIN ĐỊA LÝ QUỐC GIA VỀ MÔI TR ƯỜNG .....................37

CHƯƠNG 2: XÂY D ỰNG CẤU TRÚC VÀ NỘI DUNG CƠ SỞ DỮ LIỆU
QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG NƯỚC CẤP HUYỆN. ................................ .......... 39
2.1 MỤC ĐÍCH CỦA CSDL ......................................................................................39
2.2 NỘI DUNG CỦA CSDL ........................................................................................39

2.2.1 Các căn cứ phân chia nhóm chuyên đề dữ liệu............................ 39
2.2.2 Các chuyên đề trong cơ sở dữ liệu phục vụ quản lý môi tr ường .. 41
2.3. QUY TRÌNH XÂY DỰNG CSDL HTTĐL .........................................................52

2.3.1 Giai đoạn chuẩn bị................................ ................................ ...... 53
2.3.2 Thu thập bản đồ, số liệu cần thiết ................................ ............... 53


3

2.3.3 Tổ chức CSDL................................ ................................ ............ 53
2.3.4 Lưu trữ và quản lý dữ liệu ................................ ......................... 54
CHƯƠNG 3 : XÂY D ỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU QUẢN LÝ MÔI TR ƯỜNG
NƯỚC CHO HUYỆN LƯƠNG SƠN ................................ ................................ 55
3.1 KHÁI QUÁT ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHI ÊN, KINH TẾ XÃ HỘI HUYỆN
LƯƠNG SƠN TỈNH HỒ BÌNH ...............................................................................55

3.1.1 Vị trí địa lý và sự phân chia hành chính huyện Lương sơn ........ 55
3.1.1.1 Vị trí địa lý : ................................ ................................ ............ 55
3.1.1.2 Sự phân chia hành chính: ................................ ........................ 55
3.1.2 Đặc điểm tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên ............................... 58
3.1.2.1 Đặc điểm địa hình, địa chất................................ ..................... 58
3.1.2.2 Đặc điểm khí hậu : ................................ ................................ .. 60
3.1.3 Đặc điểm dân cư, kinh tế- xã hội ................................ ................. 64
3.1.3.1 Đặc điểm dân cư ................................ ................................ ..... 64
3.1.3.2 Đặc điểm kinh tế-xã hội................................ ........................... 64
3.1.4 Đặc điểm về tài nguyên nước và môi trường nước của huyện
Lương Sơn ................................ ................................ ............................. 66
3.1.4.1 Tài nguyên nước mặt ................................ ............................... 66

3.1.4.2 Tài nguyên nước ngầm ................................ ............................ 66
3.2 XÂY DỰNG, CSDL VỀ MÔI TRƯỜNG NƯỚC HUYỆN LƯƠNG SƠN.........66

3.2.1 Tài liệu sử dụng xây dựng bản đồ ................................ ................ 67
3.2.1.1 Tài liệu bản đồ ................................ ................................ ........ 67
3.2.1.2 Đo đạc hiện trạng môi trường nước ................................ ........ 68
3.2.1.3 Phương pháp lấy mẫu, phân tích ................................ ............. 68
3.2.2 Phần mềm sử dụng ................................ ................................ ...... 76
3.2.2.1 Phần mềm Microstation và các phần mềm chạy trên giao diện
Microstation................................ ................................ ......................... 76
3.2.2.2 Phần mềm Mapinfo ................................ ................................ . 80
3.2.2.3 Chuyển đổi dữ liệu từ Microstation sang Mapinfo ................... 81
3.2.3 Cơ sở dữ liệu quản lý nước cho huyện Lương Sơn ..................... 83
3.2.4 Biên tập cơ sở dữ liệu thành lập Bản đồ phục vụ quản lý môi
trường nước. ................................ ................................ .......................... 87
3.2.4.1 Biên tập cơ sở dữ liệu bản đồ ................................ ................. 87
3.2.4.2 Biên tập bảng chú giải................................ ............................. 91
3.2.4.3 Bản đồ phục vụ quản lý môi tr ường nước................................ 91
3.2.4.4 Kiểm tra, lưu bản đồ................................ ............................... 93
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................ ................................ ............. 94
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................ ................................ ................... 96


4

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ CÁI VIẾT TẮT

ĐTĐL

Đối tượng địa lý

CSDL

Cơ sở dữ liệu

HTTĐL

Hệ thông tin địa lý

GIS

Geographic Information System - Hệ thống thông tin địa lý

Geodatabase

Geographical database – Mơ hình cơ sở dữ liệu địa lý tổ

chức

trong các hệ quản trị cơ sở dữ liệu.
Layer

Lớp thông tin

Design file

Định dạng file dữ liệu của phần mền CAD Microstation DGN

MapInfo

Phần mềm hệ thông tin địa lý của h ãng MapInfo

Microstation

Phần mềm CAD thường được sử dụng để biên tập bản đồ số

VN 2000

Tên hệ toạ độ, độ cao chính thức đ ược sử dụng thống nhất ở Việt Nam

HN 72

Tên hệ toạ độ được sử dụng theo quy định Quốc Gia tr ước khi

có hệ toạ độ VN 2000
UTM

Universal Transverse Mercator

Tab

Một định dạng dữ liệu địa lý của phần m ềm MapInfo

Map

Một định dạng dữ liệu địa lý của phần mềm MapInfo

Spatialware

Một phần mềm MapInfo được sử dụng để tổ chức l ưu trữ cơ

sở dữ liệu địa lý trong phần mềm quản trị c ơ sở dữ liệu
FME

Feature Manipulation Engine - Công cụ chuyển đổi


5

GPS

Global Positioning System – Hệ thống định vị tồn cầu

MTN

Mơi trường nước

QLMTN

Quản lý môi trường nước


6

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2. 1. Mô tả chi tiết các chuyên đề dữ liệu ................................ .................. 43
Bảng 3. 2: Diễn biến nhiệt độ khơng khí trong năm ( 0C)................................ ...60
Bảng 3. 3: Biểu đồ diễn biến độ ẩm không khí trung b ình trong năm .............. 61
Bảng 3. 4: Tốc độ gió trung bình trong năm ................................ ...................... 63

Bảng 3. 5: Lượng mưa trung bình nhiều năm ở trạm khu vực (m/s) ................ 64
Bảng 3. 6: Vị trí các điểm lấy mẫu chất l ượng nước................................ .......... 70
Bảng 3. 7: Kết quả phân tích mẫu chất l ượng nước sinh hoạt, nước ngầm...... 71
Bảng 3. 8 : Kết quả phân tích nước mặt khu vực................................ ............... 73
Bảng 3. 9 : Qui định bảng thuộc tính lớp thơng tin UBHC ............................... 83
Bảng 3.10 : Qui định bảng thuộc tính lớp thông tin điểm dân c ư ..................... 84
Bảng 3.11 : Qui định bảng thuộc tính lớp thơng tin sơng một nét .................... 84
Bảng 3.12 : Qui định bảng thuộc tính lớp thông tin sông hai nét ...................... 84
Bảng 3.13 : Qui định bảng thuộc tính lớp thơng tin giao thơng đ ường bộ ...... 85
Bảng 3.14 : Qui định bảng thuộc tính lớp thơng tin đ ường giao thơng đường
thuỷ ................................ ................................ ................................ ...................... 85
Bảng 3.15 : Qui định bảng thuộc tính lớp thơng tin ơ n hiễm nước mặt............ 86
Bảng 3.16 : Qui định bảng thuộc tính lớp thơng tin ô nhiễm n ước dưới đất ....87
Bảng 3. 17: Bảng dữ liệu trong Map info ................................ ........................... 89


7

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1. 1: Các thành ph ần của GIS................................ ................................ ....14
Hình 1. 2: Cơ sở dữ liệu của GIS ................................ ................................ ........ 15
Hình 1. 3: Cấu trúc vector và raster ................................ ................................ ...17
Hình 1. 4: Khả năng phân biệt GIS đối với HTTT ................................ ............ 20
Hình 1. 5: Quan hệ không gian các dạng thông tin địa lý ................................ ..21
Hình 1. 6: Mơ hình và hi ển thị tất cả các dạng thơng tin địa lý có quan hệ
khơng gian................................ ................................ ................................ ............ 22
Hình 2. 1: Quy trình xây d ựng CSDL HTTĐL ................................ .................. 52
Hình 3. 1: Bản đồ hành chính huyện Lương Sơn tỉ lệ 1/ 100.000 ..................... 57
Hình 3. 2: Biểu đồ diễn biến nhiệt độ trong năm ................................ ............... 61

Hình 3. 3: Biểu đồ diễn biến độ ẩm khơng khí trung bình trong năm .............. 62
Hình 3. 4: Biểu đồ diễn biến tốc độ gió trung b ình trong năm .......................... 63
Hình 3. 5: Biểu đồ diễn biến lượng mưa trong năm................................ .......... 64
Hình 3. 6: Quy trình cơng ngh ệ thành lập CSDL quản lý mơi tr ường nước ....67
Hình 3. 7: Máy đo chất lượng nước ................................ ................................ ....69
Hình 3. 8: Cửa sổ làm việc của phần mềm Microstation ................................ ...77
Hình 3. 9: Hình ảnh lựa chọn các thuộc tính dữ liệu Mapinfo .......................... 82
Hình 3. 10: Thay đổi trường dữ liệu trong Mapinfo ................................ .......... 89
Hình 3. 11: Bản đồ giám sát chất lượng mơi trường nước ................................ 92
Hình 3. 12: Chi tiết các điểm giám sát chất l ượng nước ................................ ....93


8

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, quản lý môi trường là một vấn đề cấp thiết không chỉ ri êng nước
ta mà trên toàn thế giới và không thể thiếu trong đời sống x ã hội. Cùng với sự phát
triển của kinh tế xã hội, gia tăng dân số, tốc độ đơ thị hóa ... mơi tr ường ngày càng
có nhiều biến động phức tạp. Câu hỏi cấp thiết đặt ra l à: "Làm thế nào để quản lý
môi trường hiệu quả nhất và chặt chẽ nhất" đối với các c ơ quan quản lý đối với vấn
đề mơi trường.
Ngày nay trước xu thế tồn cầu hóa và sự phát triển vượt bậc của các ngành
khoa học công nghệ, công nghệ thông tin đ ã liên tục được áp dụng thành công vào
việc quản lý môi trường. Chính cơng nghệ tin học đã đóng góp phần lớn trong việc
ra đời một công nghệ mới nghi ên cứu các đối tượng khơng gian có định vị bằng các
hệ tọa độ trái đất gọi là Hệ Thông Tin Địa Lý (GIS).
Các ứng dụng GIS được liên tục phát triển trong lĩnh vực quản lý v à bảo vệ
môi trường. Từ chương trình kiểm kê nguồn tài nguyên thiên nhiên của Canada

trong những năm 1960, đến các ch ương trình GIS cấp bang của Mỹ bắt đầu v ào
cuối những năm 1970, đến mơ h ình hố quản lý các sự cố môi trường hiện đang
được phát triển, công nghệ GIS đã cung cấp các phương tiện để quản lý và phân tích
các yếu tố ảnh hưởng đến mơi trường ngày càng hữu hiệu hơn.
Xu hướng hiện nay trong quản lý môi tr ường là sử dụng tối đa khả năng cho
phép của GIS. Sự phát triển của phần cứng l àm cho máy tính có nhiều khả năng
hơn, mạnh hơn và các ứng dụng GIS cũng trở nên thân thiện hơn với người sử dụng
bởi các khả năng hiển thị dữ liệu ba chiều, các cơng cụ phân tích không gian v à giao
diện tuỳ biến. Nhờ khả năng xử lý các tập hợp dữ liệu lớn từ các c ơ sở dữ liệu phức
tạp, nên GIS thích hợp với các nhiệm vụ quản lý môi tr ường. Các mơ hình phức tạp
cũng có thể dễ dàng cập nhật thông tin nhờ sử dụng GIS.
GIS được sử dụng để cung cấp thông tin nhanh h ơn và hiệu quả hơn cho các
nhà hoạch định chính sách. Các c ơ quan chính phủ dùng GIS trong quản lý các


9

nguồn tài nguyên thiên nhiên, trong các ho ạt động quy hoạch, mơ hình hố và quan
trắc. GIS cũng được sử dụng để đánh giá các sự cố môi tr ường. Các cơ quan chính
phủ và địa phương phải đối phó nhanh chóng với thi ên tai, các rủi ro trong công
nghiệp và các sự cố môi trường. Thông tin địa lý là những thông tin quan trọng để
đưa ra những quyết định một cách nhanh chóng. Các phân tích GIS phụ thuộc v ào
chất lượng, giá trị và tính tương thích của các dữ liệu địa lý dạng số.
GIS được sử dụng để cung cấp thông tin nhanh h ơn và hiệu quả hơn cho các
nhà hoạch định chính sách. Các c ơ quan chính phủ dùng GIS trong quản lý các
nguồn tài nguyên thiên nhiên, trong các ho ạt động quy hoạch, mơ hình hố và quan
trắc. GIS cũng được sử dụng để đánh giá các sự cố mơi tr ường. Các cơ quan chính
phủ và địa phương phải đối phó nhanh chóng với thi ên tai, các rủi ro trong công
nghiệp và các sự cố môi trường. Thông tin địa lý là những thông tin quan trọng để
đưa ra những quyết định một cách nhanh c hóng và chính xác. Các phân tích GIS

phụ thuộc vào chất lượng, giá trị và tính tương thích của các dữ liệu địa lý dạng số.
Với những ý nghĩa thiết thực của hệ thống thông tin địa lý GIS v à khả năng
ứng dụng công nghệ thông tin địa lý trong quản lý môi t rường, do vậy, tôi đã lựa
chọn đề tài: “Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ quản lý môi trường nước thử
nghiệm cho huyện Lương Sơn, tỉnh Hịa Bình” ;
2. Mục đích đề tài
- Tìm hiểu cơ sở khoa học phục vụ cho việc xây dựng c ơ sở dữ liệu quản lý
môi trường.
- Thử nghiệm với xây dựng c ơ sở dữ liệu các điểm giám sát chất l ượng môi
trường nước cho một đơn vị hành chính cấp Quận (Huyện).
- Từ đó xây dựng định hướng kiểm sốt ơ nhiễm, bảo vệ mơi tr ường nước,
quy hoạch sử dụng hợp lý nguồn n ước mặt, xây dựng các biện pháp để kiểm soát ô
nhiễm môi trường nước tốt hơn.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là cơ sở dữ liệu phục vụ công tác quản lý
môi trường.


10

Phạm vi nghiên cứu của đề tài là xây dựng cơ sở dữ liệu quản lý môi tr ường
nước là các điểm ơ nhiễm mơi trường bằng cơng nghệ GIS.
Tìm hiểu đặc điểm của công tác quản lý môi tr ường cấp Quận(Huyện).
4. Nội dung nghiên cứu của đề tài
Để đạt được những mục tiêu đặt ra, đề tài cần giải quyết một số nội dung c ơ
bản như sau:
- Tìm hiểu cơ sở phương pháp luận và ứng dụng thực tiễn của GIS v à các
phương pháp xây dựng CSDL
- Tìm hiểu đặc điểm của cơng tác quản lý mơi tr ường.
- Tìm hiểu những thơng tin cần thiết cho c ơ sở dữ liệu phục vụ công tác quản

lý mơi trường nước
- Thu thập và phân tích và đánh giá các nguồn dữ liệu về môi trường nước
của huyện Lương Sơn
- Xây dựng một số sản phẩm bản đồ số nhằm phục vụ có hiệu quả cơng tác
quản lý môi trường như : Bản đồ giám sát chất lượng nước,..để từ đó xác định
ngun nhân gây ơ nhiễm nguồn nước, đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý để
giảm thiểu và hạn chế ô nhiễm nguồn nước.
5. Phương pháp nghiên c ứu
Các phương pháp nghiên c ứu được áp dụng trong đề tài bao gồm:
- Phương pháp GIS:
GIS được sử dụng như một cơng cụ chính trong mọi thao tác cập nhật. , xử lý
dữ liệu, mơ hình hóa và nội suy.
- Phương pháp bản đồ:
Phương pháp bản đồ được sử dụng trên cơ sở kỹ thuật GIS nhằm phân tích,
xử lý các dữ liệu trên để đưa ra các thông tin về hiện tượng và đối tượng quan sát
hay phân tích được trong từng đơn vị lãnh thổ trên bản đồ.
- Phương pháp điều tra, đo đạc ngoài thực địa:


11

Phương pháp này được sử dụng nhằm thu thập các số liệu về điều kiện tự
nhiên và xã hội. Ngoài ra còn kiểm tra lại kết quả đưa ra trong quá trình nghiên cứu
bằng tài liệu, bổ sung những thiếu sót và làm chính xác hóa kết quả nghiên cứu.
- Các phương pháp lấy mẫu, phân tích chất l ượng nước: theo các QCVN
tương ứng
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Về mặt khoa học, đề tài giúp mở rộng hiểu biết về cấu trúc c ơ sở dữ liệu GIS
và ứng dụng nó trong cơng tác quản lý môi tr ường, đồng thời cung cấp th êm thơng
tin về tình trạng ơ nhiễm mơi trường ở Lương Sơn - Hồ Bình.

Về mặt thực tiễn, kết quả nghi ên cứu của đề tài đã đưa ra số liệu thông kê về
các điểm giám sát chất lượng nước ở Huyện Lương Sơn - Hồ Bình, góp phần chỉ
ra tính cấp thiết và biện pháp để cải tạo, quản lý môi tr ường cho hợp lý, hạn chế
phát sinh thêm các điểm ơ nhiễm mơi trường, đưa Hồ Bình phát triển theo hướng
bền vững. Đồng thời, việc xây dựng ứng dụng GIS của Luận văn gi úp cho các nhà
quản lý có thể khảo sát hiện trạng v à tra cứu thơng tin một cách nhanh chóng, chính
xác, và trực quan.
7. Bố cục của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, nội dung chính
của đề tài được trình bày trong 3 chương:
Chương 1 - Tổng quan về vấn đề nghi ên cứu (hệ thông tin địa lý, quản lý
môi trường nước, xây dựng CSDL)
Chương 2 – Thiết kế và tổ chức CSDL về môi trường nước
Chương 3 – Xây dựng CSDL phục vụ quản lý môi trường nước cho Huyện
Lương Sơn, Tỉnh Hồ Bình
Trong suốt thời gian học tập tại tr ường, tôi đã nhận được sự giúp đỡ quý báu
của các Thầy Cơ giáo, Lãnh đạo của Liên đồn Khảo sát KTTV, cùng các bạn đồng
nghiệp. Nhân dịp này, tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới:
- Ban Chủ nhiệm cùng tồn thể các thầy, cơ thuộc Khoa Trắc địa, trường Đại học
Mỏ - Địa chất, Hà Nội;


12

- Lãnh đạo của Liên đoàn Khảo sát KTTV, Trung Tâm KTTV Quốc Gia.
- Viện Địa Lý - Viện Khoa Học Và Công Nghệ Việt Nam
Đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tơi trong suốt q tr ình học tập và hồn thành
luận văn.
Cũng qua đây, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới:
PGS.TS Nguyễn Cẩm Vân, người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ, đóng góp

nhiều ý kiến quý báu trong quá tr ình chọn và nghiên cứu đề tài này.
Tôi cũng xin cảm ơn tới những người thân trong gia đình, cùng tồn thể bạn bè,
đồng nghiệp đã luôn quan tâm, động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để
tôi yên tâm học tập, cơng tác và hồn thành tốt khố học.
Xin chân trọng cảm ơn !


13

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ

1.1 NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ CSDL HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ
1.1.1 Hệ thông tin địa lý
Hệ thống thông tin địa lý - Geographic Information System (GIS) là một nhánh
của cơng nghệ thơng tin, đ ã hình thành từ những năm 60 của thế kỷ trước và phát
triển rất mạnh trong những năm gần đây.
GIS được sử dụng nhằm xử lý đồng bộ các lớp thông tin không gian (bản đồ) gắn
với các thơng tin thuộc tính, phục vụ nghi ên cứu, quy hoạch và quản lý các hoạt
động theo lãnh thổ.
Ngày nay, ở nhiều quốc gia trên thế giới, GIS đã trở thành công cụ trợ giúp quyết
định trong hầu hết các hoạt động kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phịng, đối phó với
thảm hoạ thiên tai v.v... GIS có khả năng trợ giúp các cơ quan chính phủ, các nhà
quản lý, các doanh nghiệp, c ác cá nhân v.v... đánh giá đư ợc hiện trạng của các quá
trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua các chức năng thu thập, quản
lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thơng tin được gắn với một nền bản đồ số
nhất quán trên cơ sở toạ độ của các dữ liệu bản đồ đầu vào.
Có nhiều định nghĩa về GIS, nh ưng nói chung đã thống nhất quan niệm chung:
“GIS là một tập hợp bao gồm phần cứng, phần mềm, dữ liệu địa lý v à người thiết kế
để thực hiện có hiệu quả việc thu thập, l ưu trữ, cập nhật, xử lý, phân t ích và thể
hiện các thơng tin địa lý”.

Xét dưới góc độ là cơng cụ, GIS dùng để thu thập, lưu trữ, biến đổi, hiển thị các
thông tin khơng gian nhằm thực hiện các mục đích cụ thể.
Xét dưới góc độ là phần mềm, GIS làm việc với các thông tin không gian, phi
không gian, thiết lập quan hệ khơng gian giữa các đối t ượng. Có thể nói các chức
năng phân tích khơng gian đ ã tạo ra diện mạo riêng cho GIS.


14

Xét dưới góc độ ứng dụng trong quản lý nh à nước, GIS có thể được hiểu như là
một cơng nghệ xử lý các dữ liệu có toạ độ để biến chúng thành các thông tin trợ
giúp quyết định phục vụ các nhà quản lý.
Xét dưới góc độ hệ thống, GIS l à hệ thống gồm các hợp phần: Phần cứng, Phần
mềm, Cơ sở dữ liệu và con người.
1.1.2 Cấu trúc của hệ thống thông tin địa lý.
1.1.2.1 Phần cứng:
Bao gồm hệ thống máy tính v à các thiết bị ngoại vi có khả năng thực hiện các
chức năng nhập thông tin (Input), xuất thông tin (Output) v à xử lý thông tin của
phần mềm. Hệ thống n ày gồm có máy chủ (server), máy khách (client), máy quét
(scanner), máy in (printer) được liên kết với nhau trong mạng LAN hay Internet.
Phần cứng
Phần mềm
Dữ liệu

GIS

Con người
Phương pháp

Hình 1. 1: Các thành phần của GIS

1.1.2.2 Phần mềm
Đi kèm với hệ thống thiết bị trong GIS ở tr ên là một hệ phần mềm có tối thiểu
4 nhóm chức năng sau đây:


15

- Nhập thông tin không gian v à thông tin thuộc tính từ các nguồn khác nhau.
- Lưu trữ, điều chỉnh, cập nhật v à tổ chức các thông tin khơng gian v à thơng
tin thuộc tính.
- Phân tích biến đổi thông tin trong c ơ sở dữ liệu nhằm giải quyết các bài
tốn tối ưu và mơ hình mơ phỏng khơng gian- thời gian.
- Hiển thị và trình bày thông tin d ưới các dạng khác nhau, với các biện pháp
khác nhau.
Phần mềm được phân thành ba lớp: hệ điều hành, các chương trình tiện ích
đặc biệt và các chương trình ứng dụng.
1.1.2.3 Dữ liệu
Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS l à dữ liệu. Các dữ
liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể được người sử dụng tự tập hợp
hoặc được mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại. Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu
không gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng DBMS để tổ
chức lưu giữ và quản lý dữ liệu.
Quan hệ được biểu diễn thông qua thông tin không gian v à/hoặc thuộc tính

Hình 1. 2: Cơ sở dữ liệu của GIS
1.1.2.4 Con người
Công nghệ GIS sẽ bị hạn chế nếu khơng có con ng ười tham gia quản lý hệ thống
và phát triển những ứng dụng GIS trong thực tế. Ng ười sử dụng GIS có thể l à

16

những chuyên gia kỹ thuật, người thiết kế và duy trì hệ thống, hoặc những người
dùng GIS để giải quyết các vấn đề trong công việc.
1.1.3 Xây dựng cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý
1.1.3.1 Khái niệm về dữ liệu địa lý
Dữ liệu địa lý nhằm phản ảnh thế giới thực, cần trả lời đ ược các câu hỏi:
- Cái gì? (dữ liệu thuộc tính).
- Ở đâu? (dữ liệu không gian).
- Khi nào? (thời gian).
- Tương tác với các đối tượng khác ra sao? (quan hệ).
Một đối tượng của dữ liệu địa lý đ ược coi là đã xác định khi có thơng tin về các
lĩnh vực trên.
1.1.3.2 Cấu trúc dữ liệu địa lý
Có hai dạng cấu trúc dữ liệu cơ bản trong GIS. Đó là dữ liệu khơng gian và dữ
liệu thuộc tính. Đặc điểm quan trọng trong tổ chức dữ liệu của GIS l à: dữ liệu
không gian (bản đồ) và dữ liệu thuộc tính được lưu trữ trong cùng một cơ sở dữ liệu
(CSDL) và có quan hệ chặt chẽ với nhau.
A, Dữ liệu bản đồ ( dữ liệu không gian)
Dữ liệu không gian là mơ tả số của hình ảnh bản đồ, chúng bao gồm toạ độ, quy
luật và các ký hiệu dùng để xác định một hình ảnh bản đồ cụ thể trên từng bản đồ.
Hệ thống thông tin địa lý dùng các dưc liệu không gian để tạo ra mật bản đồ hay
hình ảnh trên màn hình hoặc trên giấy thông qua thiết bị ngoại vi.
Dữ liệu trung tâm của hệ thống GIS, hệ thống GIS chứa c àng nhiều thì chúng
càng có ý nghĩa. Dữ liệu trong hệ GIS c ịn được gọi là thơng tin khơng gian.
Đặc trưng thông tin không gian là kh ả năng mô tả “Vật thể ở đâu” nhờ vị trí tham
chiếu, đơn vị đo và quan hệ khơng gian. Chúng cịn có khả năng mơ tả “hình dạng


17

hiện tượng” thông qua mô tả chất l ượng, số lượng của hình dạng và cấu trúc . Cuối
cùng, đặc trưng thông tin không gian mô t ả “ quan hệ và tương tác “ giữa các hiện
tượng tự nhiên. Mơ hình khơng gian đặc biệt quan trọng vì cách thức thông tin sẽ
ảnh hưởng đến khả năng thực hiện đến phân tích dữ liệu đồ hoạ của hệ thống.
Dữ liệu khơng gian có hai dạng cấu trúc. Đó l à dạng raster và dạng vector

Hình 1. 3: Cấu trúc vector và raster
a. Cấu trúc raster
Có thể hiểu đơn giản là một “ảnh” chứa các thông tin về một chuy ên đề.
Mô phỏng bề mặt trái đất và các đối tượng trên đó bằng một lưới (đều hoặc
khơng đều) gồm các hàng và cột. Những phần tử nhỏ n ày gọi là những pixel hay
cell. Giá trị của pixel là thuộc tính của đối tượng. Kích thước pixel càng nhỏ thì đối
tượng càng được mơ tả chính xác. Một mặt phẳng chứa đầy các pixel tạo th ành
raster. Cấu trúc này thường được áp dụng để mô tả các đối t ượng, hiện tượng phân
bố liên tục trong không gian, dùng để lưu giữ thông tin dạng ảnh (ảnh mặt đất, hàng
khơng, vũ trụ...). Một số dạng mơ h ình biểu diễn bề mặt như DEM (Digital
Elevation Model), DTM (Digital Terrain Model), TIN (Triangulated Irregular
Network) trong CSDL cũng thuộc dạng raster .
Ưu điểm của cấu trúc dữ liệu dạng raster là dễ thực hiện các chức năng xử lý v à
phân tích. Tốc độ tính tốn nhanh, thực hiện các phép toán bản đồ dễ d àng. Dễ dàng
liên kết với dữ liệu viễn thám. Cấu trúc raster có nh ược điểm là kém chính xác về vị


18

trí khơng gian của đối tượng. Khi độ phân giải càng thấp (kích thước pixel lớn) thì
sự sai lệch này càng tăng
b. Cấu trúc vector
Cấu trúc vector mô tả vị trí v à phạm vi của các đối tượng khơng gian bằng tọa độ

cùng các kết hợp hình học gồm nút, cạnh, mặt và quan hệ giữa chúng. Về mặt hình
học, các đối tượng được phân biệt thành 3 dạng: đối tượng dạng điểm (point), đối
tượng dạng đường (line) và đối tượng dạng vùng (region hay polygon). Đ ối tượng
dạng điểm: Điểm được xác định bằng một cặp tọa độ X,Y. Đ ường là một chuỗi các
cặp tọa độ X,Y liên tục. Vùng là khoảng không gian được giới hạn bởi một tập hợp
các cặp tọa độ X,Y trong đó điểm đầu v à điểm cuối trùng nhau. Với đối tượng
vùng, cấu trúc vector phản ảnh đ ường bao.
Ưu điểm của hệ thống CSDL vector : vị trí của các đối t ượng được định vị chính
xác (nhất là các đối tượng điểm, đường và đường bao). Cấu trúc này giúp cho người
sử dụng dễ dàng biên tập bản đồ, chỉnh sửa, in ấn. Tuy nhi ên nhược điểm của hệ
thống CSDL vector là phức tạp khi thực hiện các phép chồng xếp bản đồ.
B, Dữ liệu thuộc tính ( dữ liệu phi khơng gian)
Dữ liệu thuộc tính dùng để mô tả đặc điểm của đối t ượng. Dữ liệu thuộc tính có
thể là định tính - mơ tả chất lượng (qualitative) hay là định lượng (quantative). Về
nguyên tắc, số lượng các thuộc tính của một đối t ượng là khơng có giới hạn. Để
quản lý dữ liệu thuộc tính của các đối t ượng địa lý trong CSDL, GIS đ ã sử dụng
phương pháp gán các giá tr ị thuộc tính cho các đối t ượng thơng qua các bảng số
liệu. Mỗi bản ghi (record) đặc tr ưng cho một đối tượng địa lý, mỗi cột của bảng
tương ứng với một kiểu thuộc tính của đối t ượng đó.
Các dữ liệu trong GIS thường rất lớn và lưu trữ ở các dạng file khác nhau n ên
tương đối phức tạp. Do vậy để quản lý, ng ười ta phải xây dựng các cấu trúc chặt chẽ
cho các CSDL. Có các cấu trúc cơ bản sau:


19

a. Cấu trúc phân nhánh (hierarchical data structure)
Cấu trúc này thường sử dụng cho các dữ liệu đ ược phân cấp theo quan hệ mẹ -con
hoặc 1->nhiều. Cấu trúc này rất thuận lợi cho việc truy cập theo khóa nh ưng nếu
muốn tìm kiếm theo hệ thống thì tương đối khó khăn. Hệ rất dễ dàng được mở rộng

bằng cách thêm nhánh nhưng rất khó sửa đổi tồn bộ cấu trúc hệ. Một bất cập khác
của cấu trúc dữ liệu kiểu n ày là phải duy trì các file chỉ số lớn (Index) và những giá
trị thuộc tính phải lặp đi lặp lại ở các cấp. Điều này làm dư thừa dữ liệu, tăng chi
phí lưu trữ và thời gian truy cập.
b. Cấu trúc mạng (network system)
Cấu trúc này thường hay sử dụng cho các dữ liệu địa lý có nhiều thuộc tính v à
mỗi thuộc tính thì lại liên kết với nhiều đối tượng. Cấu trúc này rất tiện lợi khi thể
hiện các mối quan hệ nhiều <-> nhiều. Cấu trúc này giúp cho việc tìm kiếm thơng
tin tương đối mềm dẻo, nhanh chóng, tránh dữ liệu thừa .
Tuy nhiên, đây là một hệ cấu trúc phức tạp, t ương đối khó thiết kế. Cần phải xác
định rõ các mối quan hệ để tránh nhầm lẫn.
c. Cấu trúc quan hệ (relation structure)
Dữ liệu được lưu trữ trong các bản tin (record) gọi l à bộ (tuple) - đó là tập hợp
các thông tin của một đối tượng theo một khuôn mẫu quy định tr ước. Các bộ tập
hợp thành một bảng hai chiều gọi là một quan hệ. Như vậy, mỗi cột trong quan hệ
thể hiện một thuộc tính. Mỗi một record có một m ã index để nhận dạng và như vậy
có thể liên kết qua các bảng quan hệ với nhau (thông qua m ã này).
Cấu trúc quan hệ có thể t ìm kiếm truy cập đối tượng nhanh chóng và linh động
bằng nhiều khóa khác nhau. Có thể tổ chức, bổ sung dữ liệu t ương đối dễ dàng vì
đây là những dạng bảng đơn giản. Số lượng kiên kết không bị hạn chế và không gây
nhầm lẫn như trong quan hệ mạng. Do vậy, không cần l ưu trữ dư thừa. Tuy nhiên,


20

chính vì khơng có con trỏ nên việc thao tác tuần tự trên các file để tìm kiếm, truy
cập sẽ mất nhiều thời gian.
1.1.4 Các chức năng cơ bản của GIS
Ứng với các thành phần kể trên, có thể thấy các chức năng cơ bản của
GIS là:

- Nhập và biến đổi dữ liệu địa lý (dữ liệu không gian và phi không gian)
từ dạng thực tế (bản đồ, biểu đồ, bảng số liệu) sang dạng số thích hợp để tạo một c ơ
sở dữ liệu làm nguồn thông tin cơ bản cho các GIS.
- Quản lý dữ liệu với các chức năng: l ưu trữ, hiển thị, cập nhật và truy
xuất dữ liệu (chức năng của một hệ quản trị CSDL).
- Xử lý phân tích dữ liệu để giải quyết các b ài toán, các nhiệm vụ nghiên
cứu cụ thể (chức năng của một hệ thống tin địa lý thực thụ).
- Xuất dữ liệu theo các dạng sử dụng thông th ường như bản đồ, biểu đồ,
bảng biểu, các dạng lưu trữ mới như đĩa mềm, đĩa quang, đĩa CD, ổ cứng.
1.1.5 Công nghệ xây dựng CSDL bằng GIS
Công nghệ hệ thống thông tin địa lý (HTTĐL) kết hợp các thao tác c ơ sở dữ
liệu thông thường (như cấu trúc hỏi đáp) và cho phép phân tích thống kê, phân tích
địa lý, trong đó phép phân tích địa lý đựa tr ên hệ thống cơ sở dữ liệu không gian và
phi không gian. Những khả năng này phân biệt của HTTĐL với các hệ thống thông
tin khác và khiến cho HTTĐL có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác
nhau (phân tích các sự kiện, dự đốn tác động v à hoạch định chiến lược).


21

Hình 1. 4: Khả năng phân biệt GIS đối với HTTT

Một tập hợp có tổ chức của phần cứng, phần mềm, c ơ sở dữ liệu và con người được
thiết kế để thu nhận, lưu trữ, cập nhật, thao tác phân tích l àm mơ hình và hiển thị tất
cả các dạng thơng tin địa lý có quan hệ khơng gian nhằm giải quyết các vấn đề về
quản lý và quy hoạch.

Hình 1. 5: Quan hệ khơng gian các dạng thông tin địa lý

GIS sẽ làm thay đổi đáng kể tốc độ mà thông tin địa lý được sản xuất, cập nhật và

phân phối. GIS cũng làm thay đổi phương pháp phân tích dữ liệu địa lý, hai ưu điểm
quan trọng của GIS so với bản đồ giấy l à:
-

Dễ dàng cập nhật thông tin không gian.

-

Tổng hợp hiệu quả nhiều tập hợp dữ liệu th ành một cơ sở dữ liệu kết hợp.


22

Hình 1. 6: Mơ hình và hiển thị tất cả các dạng thơng tin địa lý có quan hệ

khơng gian
1.2 MÔI TRƯỜNG NƯỚC VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG NƯỚC.
1.2.1 Khái niệm về môi trường nước
"Môi trường bao gồm các yếu tố tự nhi ên và yếu tố vật chất nhân tạo quan hệ mật
thiết với nhau, bao quanh con ng ười, có ảnh hưởng tới đời sống, sản xuất, sự tồn tại,
phát triển của con người và thiên nhiên." (Theo Điều 1, Luật Bảo vệ Môi tr ường của
Việt Nam).
Môi trường theo nghĩa rộng là tất cả các nhân tố tự nhiên và xã hội cần thiết cho
sự sinh sống, sản xuất của con ng ười, như tài nguyên thiên nhiên, khơng khí, đ ất,
nước, ánh sáng, cảnh quan, quan hệ xã hội...
Môi trường theo nghĩa hẹp không xét tới t ài nguyên thiên nhiên, mà ch ỉ bao
gồm các nhân tố tự nhiên và xã hội trực tiếp liên quan tới chất lượng cuộc sống con
người. Ví dụ: mơi trường của học sinh gồm nh à trường với thầy giáo, bạn b è, nội
quy của trường, lớp học, sân chơi, phịng thí nghiệm, vườn trường, tổ chức xã hội
như Đồn, Đội với các điều lệ hay gia đ ình, họ tộc, làng xóm với những quy định

khơng thành văn, chỉ truyền miệng nhưng vẫn được công nhận, thi hành và các cơ
quan hành chính các cấp với luật pháp, nghị định, thông t ư, quy định.


23

Tóm lại, mơi trường là tất cả những gì có xung quanh ta, cho ta c ơ sở để sống
và phát triển.
Thuỷ quyển (Hydrosphere)

hay c ịn gọi là mơi trường nước ( aquatic

environment) là phần nước của trái đất bao gồm nước đại dương, sông , hồ , suối,
nước ngầm, băng tuyết, hơi nước trong đất và khơng khí
Đối với môi trường nước để đánh giá chất lượng nước thường dùng các chỉ tiêu
hay các thông số sau:
- Ðộ pH
Nước tinh khiết ở điều kiện b ình thường sẽ bị phân ly theo phương trình phản
ứng:

H 2O = H + + OH -

Giá trị pH của nước được xác định bằng logarit c ơ số 10 nồng độ ion H+ theo
công thức:

pH = - lg (H+)

Ðối với nước cất pH = 7, khi nước chứa nhiều ion H+, pH < 7 và ngược lại, khi
nước nhiều OH - (kiềm), pH > 7.
Như vậy, pH là độ axit hay độ chua của nước. Ðộ pH có ảnh hưởng tới điều kiện

sống bình thường của các sinh vật nước. Cá thường khơng sống được trong mơi
trường nước có độ pH < 4 hoặc pH > 10. Sự thay đ ổi pH của nước thường liên quan
tới sự có mặt của các hố chất axit hoặc kiềm, sự phân huỷ chất hữu c ơ, sự hoà tan
của một số anion SO-24, NO-3, v.v...
Ðộ pH của nước có thể xác định bằng ph ương pháp điện hoá, chuẩn độ hoặc các
loại thuốc thử khác nhau.
Các chỉ tiêu DO, BOD, COD
- DO là lượng oxy hồ tan trong nước cần thiết cho sự hơ hấp của các sinh vật
nước (cá, lưỡng thê, thuỷ sinh, côn trùng v.v...) thường được tạo ra do sự hoà tan từ