Xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ quy hoạch và quản lý môi trường đô thị

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

LÊ XUÂN ĐỒNG

XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ
QUI HOẠCH VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG ĐÔ THỊ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2010


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

LÊ XUÂN ĐỒNG

XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ
QUI HOẠCH VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG ĐÔ THỊ

Chuyên ngành: Kỹ thuật Trắc ñịa
Mã số: 60.52.85

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
GS.TSKH Phan Văn Lộc

HÀ NỘI - 2010

1

LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu riêng của tôi. Các số liệu, kết
quả trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai cơng bố trong bất kỳ cơng
trình nào khác.

Hà Nội, ngày tháng 8 năm 2010
Người cam ñoan

Lê Xuân Đồng


2

MỤC LỤC

Trang
Trang bìa phụ…….....................................................……….............................
Lời cam đoan…….....................................................……….............................

1

Mục lục…….....................................................………......................................

2

Danh mục các thuật ngữ, các chữ viết tắt………………………………...........

5

Danh mục các bảng…….…….....................................................………...........

6

Danh mục các hình vẽ…………….....................................................……...….

7

MỞ ĐẦU………………………………………………………………............

9

Chương 1
CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA LÝ TRONG CÔNG TÁC QUI HOẠCH VÀ QUẢN
LÝ MÔI TRƯỜNG
1.1 Tổng quan về công tác qui hoạch và quản lý môi trường.............................

13

1.1.1 Công tác qui hoạch, quản lý môi trường và nhu cầu đổi mới cơng nghệ....

13

1.1.2 GIS và triển vọng phát triển..........................................................................

13

1.2 Cơng nghệ thơng tin địa lý và tác dụng của CSDL địa lý trong cơng tác
qui hoạch và quản lý mơi trường........................................................................

13

14

1.2.1 Một số nét chính về cơng nghệ GIS.............................................................

14

1.2.2 Các bước xây dựng cơ sở dữ liệu ñịa lý.......................................................

24

1.2.3 Ứng dụng của GIS trong công tác qui hoạch và quản lý mơi trường.........

28

1.3 Tình hình ứng dụng GIS trong qui hoạch và quản lý môi trường ở nước ta....

39

1.3.1 Bối cảnh chung..............................................................................................

39

1.3.2 Tình hình áp dụng GIS tại các ñịa phương..................................................

39

1.4 Các giải pháp phần mềm ở nước ta hiện nay .............................................

42

1.4.1 Các giải pháp GIS trên máy tính cá nhân............................................

42

1.4.2 Các cơng nghệ WebGis.......................................................................

47


3

Chương 2
XÂY DỰNG NỘI DUNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA LÝ PHỤC VỤ QUI
HOẠCH VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG
2.1 Giới thiệu chung về chuẩn dữ liệu ñịa lý quốc gia.......................................

52
52

2.1.1 Mơ hình cấu trúc dữ liệu...............................................................................

53

2.1.2 Mơ hình khái niệm dữ liệu khơng gian........................................................

56

2.1.3 Mơ hình khái niệm dữ liệu thời gian............................................................

59

2.1.4 Mơ hình khái niệm danh mục đối tượng......................................................

60

2.1.5 Hệ quy chiếu, hệ tọa ñộ.................................................................................

61

2.1.6 Siêu dữ liệu cơ sở..........................................................................................

63

2.1.7 Tiêu chí đánh giá chất lượng cơ sở dữ liệu..................................................

63

2.1.8 Quy chuẩn trình bày dữ liệu địa lý...............................................................

64

2.1.9 Lược ñồ ứng dụng UML, quy tắc xây dựng và chuyển ñổi.......................

64

2.2 Xây dựng nội dung cơ sở dữ liệu ñịa lý.......................................................

65

2.2.1 Ranh giới hành chính....................................................................................

68

2.2.2 Địa hình.........................................................................................................

69

2.2.3 Sơng suối.......................................................................................................

69

2.2.4 Đường giao thơng.........................................................................................

70

2.2.5 Hệ thống cấp nước.........................................................................................

71

2.2.6 Hệ thống cấp điện..........................................................................................

72

2.2.7 Hệ thống thoát nước bẩn...............................................................................

72

2.2.8 Hệ thống chuẩn bị kỹ thuật...........................................................................

73

2.2.9 Hệ thống thu gom rác thải rắn......................................................................

75

2.2.10 Hiện trạng sử dụng đất................................................................................

76

2.2.11 Hiện trạng kinh tế xã hội............................................................................

76

2.2.12 Mơi trường.....................................................................................

77


4

2.2.13 Các lớp dữ liệu khác....................................................................................

78

2.2.14 Số liệu kinh tế xã hội...................................................................................

78

Chương 3
XÂY DỰNG THỬ NGHIỆM CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA LÝ VÀ ỨNG DỤNG
WEBGIS PHỤC VỤ QUI HOẠCH VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG TẠI
THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN
3.1 Thực tế về số liệu của Thành phố Thái Nguyên...........................................
3.2 Thiết kế cấu trúc, xây dựng cơ sở dữ liệu ñịa lý phục vụ qui hoạch và
quản lý môi trường tại Thành phố Thái Ngun.................................
3.2.1 Đường ranh giới hành chính..........................................................................

80
80
82
84

3.2.2 Địa hình........... .............................................................................................

86

3.2.3 Sông suối........................................................................................................

87

3.2.4 Đường giao thông..........................................................................................

88

3.2.5 Hệ thống cấp nước.........................................................................................

90

3.2.6 Hệ thống cấp điện..........................................................................................

91

3.2.7 Hệ thống thốt nước bẩn...............................................................................

93

3.2.8 Hệ thống chuẩn bị kỹ thuật...........................................................................

94

3.2.9 Hệ thống thu gom rác thải rắn......................................................................

95

3.2.10 Hiện trạng sử dụng ñất................................................................................

97

3.2.11 Hiện trạng kinh tế xã hội.............................................................................

98

3.2.12 Môi trường...................................................................................................

99

3.3 Xây dựng WebGis hỗ trợ truy cập thơng tin địa lý trực tuyến qua mạng internet 103
3.3.1 Tiện ích WebSite phục vụ tra cứu thơng tin bản đồ phục vụ qui hoạch và
quản lý mơi trường đơ thị...............................................................................

103

3.3.2 Phân tích thiết kế hệ thống............................................................................

106

3.3.3 Một số giao diện chính của chương trình.....................................................

108

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..........................................................................

112

TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………….……...................

114


5

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
STT

Chữ viết tắt

Diễn giải

1

GIS

Hệ thống thơng tin địa lý

2

CSDL

Cơ sở dữ liệu

3

ESRI

Viện nghiên cứu mơi trường của Mỹ

4

LIS

Hệ thống thơng tin đất đai

5

DEM

Mơ hình số độ cao

6

DTM

Mơ hình địa hình

7

MIS

Hệ thống thơng tin quản lý

8

UIS

Hệ thống thơng tin đơ thị

9

TP Thái Ngun

Thành phố Thái Ngun

10

LAN

Mạng cục bộ

11

WAN

Mạng diện rộng

12

MTĐT

Mơi trường đơ thị

13

GML

Ngơn ngữ đánh dấu địa lý

14

UML

Ngơ ngư mơ hình hóa thống nhất

15

XML

Ngơn ngữ đánh dấu mở rộng

16

KT- XH

Kinh tế - Xã hội

17

HTTĐL

Hệ thống thơng tin địa lý

18

Datum

Hệ thống tham số gốc

19

FAT

Dữ liệu thuộc tính

20

SQL

Ngơn ngữ truy vấn có cấu trúc

21

QLMT

Quản lý môi trường


6

DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1: Dữ liệu không gian

17

Bảng 1.2: Dữ liệu thuộc tính

17

Bảng 1.3: Sự khác biệt của GIS với 1 số hệ thống thông tin liên quan

24

Bảng 1.4: Các nghiên cứu liên quan đến thơng tin qui hoạch và quản lý MTĐT

40

Bảng 1.5: Hiện trạng áp dụng GIS trong qui hoạch và quản lý mơi trường đơ thị ở
ñịa phương

42

Bảng 2.1: Các loại hệ trục cơ sở tương ứng với các hệ tọa độ

62

Bảng 2.2: Các nhóm lớp dữ liệu địa lý trong cơng tác qui hoạch và QLMT

66

Bảng 3.1: Mã huyện, phường và tên phường xã của Thành phố Thái Nguyên

85


7

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1: Q trình tích hợp 1 cơ sở dữ liệu

18

Hình 1.2: Tích hợp nội dung 1 cơ sở dữ liệu GIS

19

Hình 1.3: Ví dụ hệ thống thơng tin đất đai (LIS) kiểu GIS

20

Hình 1.4: Thiết bị và chương trình máy tính GIS

21

Hình 1.5: Xây dựng GIS thành hệ thống hỗ trợ

25

Hình 1.6: Qui trình xây dựng 1 CSDL địa lý

26

Hình 1.7: Chuyển đổi mơ hình số độ cao thành đường đồng mức

29

Hình 1.8: Dùng phương pháp vùng ñệm xác ñịnh mức ảnh hưởng mở rộng ñường

30

Hình 1.9: Áp dụng GIS lưu trữ và xác ñịnh ñịa chỉ

31

Hình 1.10: Áp dụng GIS ñánh giá hệ thống thốt nước Láng Hạ Thành Cơng

32

Hình 1.11: Sơ đồ nghiên cứu dịch tễ học có áp dụng GIS

33

Hình 1.12: Sử dụng ñất ñai và bệnh sốt xuất huyết ở quận Đống Đa, Hà Nội

34

Hình 1.13: Sơ đồ áp dụng GIS ñánh giá chọn ñất dân cư qui hoạch

35

Hình 1.14: Áp dụng GIS lựa chọn tuyến giao thơng

36

Hình 1.15: Năng lực hệ thống tiểu học Láng Hạ Thành Cơng

37

Hình 1.16: Bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất

38

Hình 1.17: Khả năng sử dụng dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau của GeoMedia

44

Hình 1.18: ArcGIS là hệ thống phần mềm GIS đầy đủ

46

Hình 1.19: ArcGIS Server

50

Hình 2.1: Mơ hình đối tượng địa lý tổng qt

56

Hình 2.2: Hai gói UML cơ bản

57

Hình 2.3: Mơ hình khái niệm khơng gian hình học

57

Hình 2.4: Mơ hình mơ tả các gói UML chính của mơ hình khái niệm khơng
gian hình học

58


8

Hình 2.5: Mơ hình khái niệm khơng gian topo

58

Hình 2.6: Mơ hình mơ tả các lớp UML chính của mơ hình khái niệm khơng

59

gian topo
Hình 2.7: Mơ hình khái niệm thời gian

59

Hình 2.8: Mơ hình mơ tả các đối tượng hình học khơng gian

60

Hình 2.9: Mơ hình mơ tả các đối tượng topo thời gian

60

Hình 2.10: Mơ hình Khái niệm của mơ hình hệ quy chiếu tọa độ

62

Hình 2.11: Phương pháp đánh giá chất lượng dữ liệu địa lý

64

Hình 2.12: Mơ hình khái niệm lược đồ trình bày dữ liệu ñịa lý

64

Hình 3.1: Cấu trúc của cơ sở dữ liệu

83

Hình 3.2: Hệ tọa ñộ VN 2000 ñược khai báo trong ArcGis

100

Hình 3.3: Thuộc tính của lớp ranh giới hành chính

101

Hình 3.4: Thuộc tính của một điểm cao độ nền

101

Hình 3.5: Thơng tin của một nhà máy

102

Hình 3.6: Thơng tin của trạm bơm cung cấp nước

102

Hình 3.7: Thơng tin của điểm quan trắc khơng khí tại cổng Bệnh viện đa khoa

103

Hình 3.8: Sơ đồ chức năng mức cao

106

Hình 3.9: Chức năng quản lý chung

106

Hình 3.10: Chức năng khai thác tin

107

Hình 3.11: Chức năng biên tập dữ liệu

107

Hình 3.12: Sơ đồ dịng dữ liệu mức cao nhất

108

Hình 3.13: Giao diện trang chủ

108

Hình 3.14: Giao diện trang bản đồ

109

Hình 3.15: Các cơng cụ tiện ích

109

Hình 3.16: Kết quả của việc tra cứu thơng tin

110


9

Mở ĐầU
1. Tớnh cp thit ca ủ ti
T vi thp niên trở lại đây, Hệ thống thơng tin địa lý - GIS (Geographical
Information Systems) đã có những bước phát triển và ứng dụng không chỉ trong
lĩnh vực Địa lý mà trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác và của cuộc sống
hàng ngày như: đơ thị hóa, thương mại, phát triển cơ sở hạ tầng, bản ñồ ñiện tử,
hoạt ñộng quân sự... GIS bao gồm các lớp thông tin về một vùng nhằm tăng thêm
khả năng hiểu biết về vùng đó. Nhìn từ góc độ khác GIS là sự ứng dụng liên giao
giữa công nghệ thông tin và lý thuyết địa lý. Một trong những thế mạnh của cơng
nghệ thơng tin địa lý này là khả năng bản đồ hóa các thơng tin và các kiểu cơ sở dữ
liệu khác nhau nhằm ñưa ra một bộ cơ sở dữ liệu cho phép người sử dụng có thể lưu
trữ, xử lý, phân tích, lựa chọn. Cơng nghệ thơng tin địa lý GIS đã trở thành cơng cụ
giúp xây dựng cơ sở dữ liệu, phân tích và khai thác, trao đổi thông tin không gian
cho nhiều lĩnh vực kinh tế xã hội. Khả năng của GIS ñược coi là khá hữu hiệu và
ngày càng tăng trên rất nhiều trong lĩnh vực bản đồ, đánh giá tài ngun, hệ sinh
thái, mơi trường, quy hoạch và quản lý.
Nước ta đang trong q trình cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước và đang
trong quá trình hội nhập vì vậy các khu vực trung tâm đơ thị lớn phát triển nhanh
chóng đang đặt ra các vấn đề quy hoạch, quản lý phát triển đơ thị và môi trường
trong khu vực. Quy hoạch và quản lý mơi trường đơ thị là hai lĩnh vực liên quan
chặt chẽ đến cơng tác tổ chức và quản lý phát triển khơng gian đơ thị, nhằm phục vụ
tốt hơn cho hoạt ñộng kinh tế xã hội và bảo vệ mơi trường. Đây là cơng việc có tính

chất chun mơn phức hợp ña dạng (từ quy hoạch vùng khái quát ñến quy hoạch chi
tiết khu vực cụ thể, giao diện rộng ña ngành kinh tế xã hội và ứng dụng chun sâu
về tổ chức khơng gian, hạ tầng đơ thị). Trên thực tế cơng tác này cịn chậm chạp,
kém chất lượng và hiểu quả thấp, chưa ñáp ứng nhu cầu đơ thị hóa đang diễn ra
hàng ngày. Các quy trình thủ cơng truyền thống khơng cịn đáp ứng nhu cầu tập hợp
xử lý thơng tin nhanh, chính xác với khối lượng lớn trong quy hoach và quản lý mơi
trường đơ thị. Việc đẩy mạnh áp dụng các cơng nghệ và phương pháp tiến tiến là


10

một trong nhiều giải pháp khắc phục vấn ñề này. Đề tài “Xây dựng cơ sở dữ liệu phụ
vụ quy hoạch và quản lý mơi trường đơ thị” sẽ nghiên cứu sự phát triển của công
nghệ GIS và những ứng dụng rộng rãi của nó trong cơng tác quy hoạch và quản lý
môi trường, nghiên cứu phát triển khoa học kỹ thuật, ñời sống, kinh tế xã hội.
2. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp thống kê: Thu nhập và xử lý các số liệu về kinh tế - xã hội, môi
trường… tại khu vực nghiên cứu.
Phương pháp phân tích: Sử dụng các phương tiện và các cơng cụ tiện ích,
phân tích các tư liệu, ñánh giá khách quan các yếu tố ñể ñưa ra kết luận chính xác
làm cơ sở giải quyết các vấn ñề ñặt ra.
Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành thực nghiệm ñể chứng minh cho các
luận chứng khoa học ñã ñưa ra.
Phương pháp so sánh: Đánh giá hiện trạng chất lượng môi trường tại khu vực
nghiên cứu trên cơ sở các Tiêu chuẩn Môi trường Việt Nam hiện hành.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài nghiên cứu
Nghiên cứu cơng nghệ thơng tin địa lý GIS và ứng dụng công nghệ GIS
trong quy hoạch và quản lý mơi trường đơ thị nhằm đạt được các kết quả sau:
Tìm hiểu và nắm rõ mục đích, u cầu, nội dung về công tác quy hoạch và
quản lý mơi trường đơ thị và ứng dụng cơng nghệ GIS.

Thu thập và xây dựng dữ liệu khơng gian, thuộc tính thuộc các nội dung cần
thiết của một bản ñồ qui hoạch chung cho một đơ thị.
Xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu cho phép cung cấp thông tin tài liệu
nhanh chóng, phục vụ cơng tác quản lý, qui hoạch được tốt hơn, chính xác và
đầy đủ thơng tin.
4. Mục tiêu và nội dung của ñề tài
Đề tài luận văn gồm ba nội dung chính sau:
-

Thiết kế nội dung và cấu trúc CSDL ñịa lý phù hợp với chuẩn CSDL ñịa lý
quốc gia, phản ánh ñược hiện trạng môi trường, hỗ trợ tốt công tác quy hoạch
và quản lý môi trường đơ thị.


11

-

Xây dựng thử nghiệm CSDL ñịa lý thành phố Thái Nguyên.

-

Xây dựng Webgis hỗ trợ người dân tham gia trực tiếp q trình quy
hoạch và quản lý mơi trường đơ thị.

Ngồi 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: - Vai trò của việc xây dựng cơ sở dữ liệu trong công tác quy
hoạch và quản lý mơi trường.
Chương này đưa ra một số khái niệm, định nghĩa có liên quan đến Hệ thống

thơng tin ñịa lý, các ứng dụng thực tiễn của CSDL trong công tác quy hoạch và
quản lý môi trường. Thực trạng các giải pháp phần mềm xây dựng cơ sở dữ liệu ở
nước ta.
Chương 2: - Xây dựng nội dung cơ sở dữ liệu địa lý phục vụ cơng tác quy
hoạch và quản lý mơi trường.
Chương này trình bày khái quát về chuẩn dữ liệu ñịa lý quốc gia và tiến hành
xây dụng nội dung cơ sở dữ liệu ñịa lý nhằm phục vụ công tác quy hoạch và quản lý
môi trường.
Chương 3: - Xây dựng thử nghiệm cơ sở dữ liệu địa lý và ứng dụng WebGis
phục vụ cơng tác quy hoạch và quản lý môi trường tại Thành Phố Thái Nguyên.
Dựa trên nội dung cơ sở dữ liệu ñịa lý ở chương 2 tác giả tiến hành xây dựng
cấu trúc dữ liệu và tiến hành xây dựng thử nghiệm CSDL và cập nhập dữ liệu của
Thành phố Thái Ngun trên phần mềm ArscGis 9.2. Sau đó tác giả tiến hành ñưa
dữ liệu lên trang ”WEBGIS QUY HOẠCH VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG TP.
THÁI NGUYÊN” bằng phần mềm ArcGisIMS.
5. Lời cảm ơn
Luận văn: “Xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ quy hoạch và quản lý mơi
trường đơ thị” ñược thực hiện tại trường Đại học Mỏ - Địa chất trong khoảng thời
gian từ tháng 11 năm 2009 ñến tháng 8 năm 2010.


12

Để thực hiện luận văn này ngoài sự nỗ lực của bản thân, tơi xin được bày tỏ
lịng biết ơn sâu sắc tới GS.TSKH. Phan Văn Lộc, người ñã trực tiếp hướng dẫn, giúp
đỡ, đóng góp nhiều ý kiến q báu trong q trình chọn và nghiên cứu đề tài này.
Tơi cũng xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Ban Chủ nhiệm cùng tồn thể các
thầy, cơ thuộc khoa Trắc địa, đặc biệt là Bộ mơn Đo ảnh và Viễn thám, trường Đại học
Mỏ - Địa chất giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn này.
Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của phịng

Đại học và sau Đại học, trường ñại học Mỏ - Địa chất trong suốt q trình tơi học
tập và hồn thành luận văn.
Tơi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Phòng Đào Tạo - Học Viện Kỹ Thuật
Quâ Sự/ Bộ Quốc Phịng, các đồng nghiệp trong và ngồi cơ quan đã giúp đỡ và tạo
mọi điều kiện cho tơi hồn thành luận văn đúng thời hạn.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới gia đình và các đồng nghiệp, những
người đã ln bên tơi, động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để tơi thực hiện luận
văn một cách tốt nhất.
Do thời gian có hạn cũng như kiến thức khoa học, kiến thức thực tiễn còn
nhiều hạn chế nên luận văn trên không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Tơi
rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cơ giáo và các bạn bè
đồng nghiệp để bổ sung, hồn chỉnh luận văn.
Xin trân trọng cảm ơn!


13

Chương 1
VAI TRÒ CỦA VIỆC XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU TRONG CÔNG
TÁC QUI HOẠCH VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG
1.1 Tổng quan về công tác qui hoạch và quản lý môi trường.
1.1.1 Công tác qui hoạch, quản lý môi trường và nhu cầu đổi mới cơng nghệ.
Nước ta đang tiến hành chính sách đổi mới, đẩy mạnh cơng nghiệp hố và
hiện đại hố đất nước. Trong q trình này, khu vực đơ thị phát triển nhanh chóng
đang đặt ra các vấn ñề qui hoạch và quản lý phát triển to lớn và cấp bách.
Qui hoạch và quản lý môi trường ñô thị là hai lĩnh vực liên quan chặt chẽ ñến
công tác tổ chức và quản lý phát triển không gian đơ thị nhằm phục vụ tốt hơn cho
hoạt động kinh tế xã hội và bảo vệ môi trường. Đây là các cơng việc có tính chất
chun mơn phức hợp ña dạng (từ qui hoạch vùng khái quát ñến qui hoạch chi tiết
khu vực cụ thể, giao diện rộng ña ngành kinh tế xã hội, và ứng dụng chuyên sâu về

tổ chức khơng gian, hạ tầng đơ thị). Trên thực tế, cơng tác này cịn chậm chạp, kém
chất lượng và hiệu quả thấp, chưa đáp ứng tốt nhu cầu đơ thị hố đang diễn ra.
Qui trình cách làm thủ cơng truyền thống khơng cịn đáp ứng nhu cầu tập
hợp xử lý thơng tin nhanh, chính xác với khối lượng lớn trong qui hoạch quản lý đơ
thị. Việc đẩy mạnh áp dụng các công nghệ và phương pháp tiên tiến hơn là một giải
pháp khắc phục rất có hiệu quả vấn ñề này.
1.1.2 GIS và triển vọng phát triển.
Công nghệ hệ thống thơng tin địa lý (GIS) hay Geographic Information
System (GIS) ñã xuất hiện từ những năm 60. Đó là một hệ thống các thiết bị,
chương trình máy tính và nhân lực dùng để lưu trữ, biến đổi, phân tích và trình bày
các dữ liệu có liên hệ địa lý để trợ giúp giải quyết các vấn đề khơng gian phức tạp.
GIS đã phát triển nhanh chóng và trở thành cơng cụ tiên tiến và hữu hiệu
giúp xây dựng CSDL, phân tích và khai thác, trao đổi thơng tin khơng gian cho
nhiều lĩnh vực kinh tế xã hội. Khả năng hỗ trợ của GIS ñược coi là khá hữu hiệu và
ngày càng tăng trong nhiều lĩnh vực ñồ bản, ñánh giá tài nguyên, qui hoạch, quản lý
và nghiên cứu không gian môi trường.


14

Lĩnh vực qui hoạch quản lý mơi trường đơ thị, thực chất là quá trình thu
thập, xử lý số liệu, phân tích để có được các thơng tin về hiện trạng và nhu cầu phân
bố khơng gian liên quan đến hoạt động kinh tế xã hội của đơ thị, để ñánh giá và ñề
xuất các giải pháp phát triển phù hợp. Vấn ñề ở ñây là làm cách nào?
Nhiều nhà qui hoạch đơ thị cho rằng việc nghiên cứu áp dụng GIS cho q
trình này là phù hợp. Vì nó có thể hỗ trợ nhiều cơng việc, giúp cho cơng tác qui
hoạch và quản lý mơi trường đơ thị ngày càng ñáp ứng nhu cầu phát triển của thời
ñại. Trên thế giới, ứng dụng GIS vào các lĩnh vực này ñã ñạt ñược tiến bộ ñáng kể
với nhiều kinh nghiệm và bài học bổ ích.
1.2 Cơng nghệ thơng tin địa lý và tác dụng của cơ sở dữ liệu ñịa lý trong công

tác qui hoạch và quản lý môi trường.
1.2.1 Một số nét chính về cơng nghệ GIS
Trong q trình tồn tại và phát triển của lồi người, khơng gian ñịa lý là một
trong các yếu tố nền tảng quan trọng. Kinh nghiệm cho thấy sự thành công của các
hoạt ñộng kinh tế xã hội là nhờ các yếu tố thiên thời, địa lợi, nhân hồ.
Xuất phát từ Canada năm 1964 và Mỹ năm 1967-1969, hệ thống thơng tin
địa lý (GIS), hay gọi theo tiếng Anh là Geographic Information System (GIS), đã
phát triển và nhanh chóng trở nên phổ biến trong các lĩnh vực ứng dụng và nghiên
cứu liên quan ñến không gian lãnh thổ. Sử dụng GIS phát triển mạnh nhất từ những
năm 1980. Hiện nay công nghệ này ñang ñược ứng dụng rộng rãi cho các công ty,
cho chính phủ và các viện nghiên cứu.
Thực ra, quan điểm về GIS đã có từ lâu. Chẳng hạn như một số nhà cảnh
quan học ñã dùng phương pháp chồng xếp bản đồ để phân tích quan hệ giữa các
thành phần của lãnh thổ, cịn thơng tin thuộc tính được xây dựng bằng các phiếu. Ở
Việt Nam trước đây đã có nhiều nghiên cứu lãnh thổ theo quan ñiểm này mà chưa
có trợ giúp của máy tính, và cũng chưa có tên gọi GIS như bây giờ. Ngày nay khi
tin học phát triển, việc nghiên cứu bằng GIS ñã ñưa các vận dụng lên trình độ mới
và hiệu quả hơn.


15

a) Định nghĩa
Cho đến nay đã có rất nhiều định nghĩa khác nhau có thể tham khảo. GIS
là tập hợp một bộ các công cụ mạnh trợ giúp cho việc thu thập, lưu trữ, truy cập,
biến ñổi và hiển thị các thông tin không gian từ thế giới thực cho tập hợp mục
đích nào đó.
- TS. Francois Charbonneau (Trường ĐH Montréal) cho GIS (SIG hay GIS)
là một tổng thể hài hịa của một cơng cụ phần cứng và ngơn ngữ sử dụng ñể ñiều
khiển và quản lý từ dữ liệu cho đến phép chiếu khơng gian và của các dữ liệu mơ tả

có liên quan. Trần Minh (Hệ thơng tin ñịa lý - phần cơ sở) gọi GIS là “một tập hợp
các cơng cụ để thu thập, lưu trữ, tìm kiếm, biến đổi và hiển thị các dữ liệu khơng
gian từ thế giới thực nhằm phục vụ thực hiện mục ñích cụ thể”
- Beata M. de Vliegher (trong “Tại sao lại chọn hệ thơng tin địa lý”) xem xét
GIS như là một cơ sở dữ liệu số trong đó dữ liệu được liên kết trong một hệ tọa độ
khơng gian, cho phép:
Nhập dữ liệu (các bản đồ, ảnh hàng khơng/vệ tinh, khảo sát và nguồn khác)
Lưu trữ dữ liệu, truy nhập và hỏi đáp
Chuyển đổi dữ liệu, phân tích và mơ hình hóa
Báo cáo dữ liệu (các bản đồ, báo cáo và sơ ñồ)
- Theo các nhà ñịa lý Pháp Roger Brunet, R.Ferras, H.Théry GIS là hệ thống tự
động hóa việc lưu trữ và phân tích dữ liệu, có các thiết bị phần cứng và phần mềm được
chun mơn hóa ñể xử lý các dữ liệu ñịa lý cùng thuộc tính của chúng
- Theo quan điểm của Viện Nghiên cứu Hệ thống Mơi trường (ESRI),
GIS/GIS có thể định nghĩa một cách rất đơn giản. Đó là Hệ thống máy tính có khả
năng quản lý và sử dụng dữ liệu mơ tả các ñối tượng trên bề mặt trái ñất (A computer
system capable of holding and using data describing places on the earth’s surface).


16

Tóm tắt chung, theo quan điểm áp dụng, có thể hiểu “GIS là một hệ thống
các thiết bị và chương trình máy tính và nhân lực dùng để lưu trữ, thao tác, phân
tích và trình bày các dữ liệu có liên hệ ñịa lý giúp cho việc ñề ra các quyết ñịnh về
các vấn ñề lãnh thổ phức tạp”.
b) Đặc ñiểm cấu trúc
Về cơ bản, một GIS ñang vận hành có 5 thành phần chính. Đó là tổ chức sử
dụng, CSDL, phần cứng, phần mềm và người sử dụng vận hành.
•

Tổ chức sử dụng:

Bao gồm cơ chế (quản lý và chỉ ñạo), các cơ quan ñơn vị doanh nghiệp trong
các lĩnh vực hoạt ñộng, nghiên cứu chuyên ngành khác nhau. Tổ chức sử dụng là
mục tiêu phục vụ và cũng là môi trường của GIS. Khác với các hệ thống công nghệ
khác, tổ chức sử dụng GIS chủ yếu là các cơ sở quản lý lãnh thổ bản ñồ, tài ngun
mơi trường, hạ tầng thuộc khu vực nhà nước.
•

Cơ sở dữ liệu:

- CSDL là tập hợp các dữ liệu có quan hệ mô tả thế giới thực. Thế giới thực
trên bề mặt trái ñất (objets identifiés à la surface de la terre) chia thành các lớp chủ
ñề (couverture, thème). Mỗi chủ ñề bao gồm một hay nhiều lớp thực thể (classe
d’entité, feature class) ñược biểu diễn bằng các ñối tượng khơng gian (điểm, đường
và mảng hình học) và mối quan hệ giữa chúng (topology). Mỗi thực thể ñược kết
nối với các dữ liệu thuộc tính (lưu trữ thành các bảng dữ liệu). GIS này cho phép
truy cập, phân tích và hiển thị kết quả. Tóm lại, cấu trúc CSDL địa lý gồm hai thành
phần chính: dữ liệu khơng gian và dữ liệu thuộc tính, được tích hợp, kết nối với
nhau, như nêu trong Bảng 1.1 và 1.2.
+ Dữ liệu không gian: Các đối tượng địa lý mơ tả các hiện tượng sự vật
khơng gian (địa hình, đất đai, nhà cửa).
+ Dữ liệu thuộc tính (cịn gọi là dữ liệu phi khơng gian): Các đặc điểm nhận
dạng của các đối tượng ñịa lý (tên, ñộ cao, sử dụng).


17

Bảng 1.1: Dữ liệu khơng gian
Thể hiện theo mảng điểm

Thể hiện theo đường tuyến

Đặc điểm
Viễn thám

Khơng ảnh

Địa hình

Chun đề

Vị trí toạ ñộ

VTM, kinh vĩ VTM, kinh vĩ VTM, kinh vĩ

Mẫu ký hiệu,
giá trị, nhãn

Tỷ lệ (độ phân giải)

ơ 30m

1:7500

1:5000

Khái qt/cụ thể

Mã hố địa lý

Cột dịng

Cột dịng

X,Y

ID

Bảng 1.2: Dữ liệu thuộc tính
Đơn vị khơng
gian

Dữ liệu tài
ngun tự
nhiên

Thống kê
kinh tế xã
hội

Tài liệu
ngành

Điều tra khảo sát riêng

Đơn vị hành
chính (mảng,
điểm)

Địa hình,
đất đai

Dân số, thu
nhập

Địa chính
Nơng nghiệp

Tổng điều tra tài ngun
rừng

Khối phố,
điểm dân cư
(mảng, ñiểm)

Sử dụng ñất, Dân số, số
tầng cao kết hộ phục vụ
cấu
cơng cộng

Địa chính

Tổng điều tra nhà ở

Xây dựng

Tổng điều tra dân số

Đường tuyến

Giao thơng,
hạ tầng

Giao thơng
cơng chính

Tỷ lệ thất thốt nước

Đối tượng
sử dụng, thu
phí

Tỷ lệ thu phí

Thơng tin

Sự tích hợp kết nối các dữ liệu không gian và phi không gian được mơ tả
theo sơ đồ trong Hình 1.1. Các nguồn dữ liệu khác nhau ñược phối kết theo một mơ
hình định hướng. Chẳng hạn như trong qui hoạch đồng bộ: vị trí, tỷ lệ, định nghĩa
giúp các thành phần phối kết được với nhau. Tiếp đó, các nguồn dữ liệu tiếp tục
ñược phối kết về mặt cấu trúc. Chẳng hạn cấu trúc hệ thống CSDL trên các hệ ñiều
hành khác nhau: IBM, Unix, Mac..., cuối cùng là việc kết nối các thực thể dữ liệu
thành nội dung CSDL. Trong đó các thực thể tương thích với nhau về các kiểu biểu
diễn (mảng ma trận hay ñường tuyến, giá trị hay xếp hạng) và kiểu dữ liệu (số hay
ký tự ...).


18

M ô h ìn h

M ô h ìn h

... M ô h ìn h

bên ngoài 1

bên ngoài 2

bên ngoài n

C ¸ c n g u å n d ÷ liƯ u k h « n g g ia n

H Ư th ố n g
quy hoạch đồng bộ

C ấ u trú c d ữ liệ u
đồng bộ

N ộ i d u n g d ữ liệ u
đồng bộ

M ô h ìn h

H ệ th ố n g

đ ịn h h í n g

p h è i k Õ t d ữ liệ u

M ô h ìn h

L iê n h Ö

lo g Ýc

C h u È n b Þ c ấ u trú c

M ô h ìn h

T íc h h ợ p c ấ u trú c
K hắc phục xung ®ét

tro n g
N g u å n : H a m re (1 9 9 4 ), D e v o g e le (1 9 9 8 )

Hình 1.1: Q trình tích hợp 1 cơ sở dữ liệu
Q trình dữ liệu đầu vào, lưu trữ kết nối và sản phẩm ñầu ra của cơ sở dữ
liệu GIS như Hình 1.2. Các nguồn dữ liệu như bản đồ có sẵn, quan sát ño vẽ thực
ñịa và viễn thám ñược số hố chuyển đổi về một hệ thống đồng bộ. Sau đó, trên cơ
sở nhu cầu cần thiết, chúng được ñăng nhập vào GIS với sự hỗ trợ phân tích biến
ñổi và phục hồi cập nhật.


19

Bản đồ có sẵn

Tác động

đầu cuối

Quan sát thực địa

ảnh quét

Cảm biến thăm dò

Các Files
text

Số hoá

Phơng tiện
truyền thống

Dữ liệu vào

Vào

Cơ sở dữ liệu

Dữ liệu địa lý
Yêu cầu
vào

Vị trí
Quan hệ tôpô

Các thuộc tính

Quản trị hệ thống

Phục hồi

Biến đổi

Biến đổi dữ liệu

Bảo quản

Các tiện ích và phân tích

Hỡnh 1.2: Tớch hp ni dung 1 cơ sở dữ liệu GIS
Hình 1.3 minh hoạ 1 hệ thống thơng tin đất đai (LIS) được tạo theo phương
pháp GIS. Trên cơ sở bản đồ các lơ thửa và mã nhận dạng (ID) của chúng, người ta


20

tích hợp các thuộc tính khác của hộ gia đình như thu nhập trung bình, mật độ, sử
dụng đất, giá đất và tính chất sử hữu.
Thu nhËp trung b×nh hé

MËt độ dân số

Sử dụng đất

Giá đất

Sở hữu đất đai

1
11

3

4

Bản đồ lô đất

2
5

6

7

8

9 10

2

17
12

13

14

15

16

Hỡnh 1.3: Vớ d H thng thụng tin ñất ñai (LIS) kiểu GIS
Phương pháp ma trận ô vuông:
Thế giới thực được mơ tả bằng các ơ vng khơng gian (pixel) với kích cỡ và
các thuộc tính đơn nhất của chúng.
Trong q trình tiến triển của cơng nghệ GIS tồn tại cả hai phương pháp kèm theo
các công cụ giải pháp chuyển đổi kết hợp hai mơ hình mảng ma trận và ñường tuyến.
- Theo thiết kế hệ thống
GIS trên mơ hình quan hệ họ hàng (relational model): Phổ biến hiện nay;


21

GIS trên mơ hình hướng đối tượng (object-oriented model): Đang phát triển;
GIS trên mơ hình đa tầng bậc (multi-representation/solution): Đang nghiên cứu.
- Theo tính chất hoạt động
Hiện có nhiều GIS áp dụng trên mạng tập trung (mainframe) hay phân tán
theo các máy lẻ (PC), mạng cục bộ (LAN), máy trạm (workstation), mạng diện rộng
(WAN), Internet. Đồng thời, cũng có nhiều GIS cho các hệ ñiều hành khác nhau
như Windows, Window NT, Unix, Mac etc.
* Thiết bị và chương trình máy tớnh
Ngời sử dụng

Thế giới thực

Phần cứng

GIS

Cơ sở dữ liệu
GIS

Phần mềm
GIS

Mô hình 1 GIS

Máy quét
Scanner

Bàn số hoá
Digitizer
Máy vẽ
Plotter

CPU

Máy in
Printer

VDU

Đĩa băng từ
Disk Drive

Máy chiếu
Data Project

Phần cứng GIS

Dữ liệu
vào
Yêu cầu
Hiển thị
và báo cáo

CSDL địa lý
Các phép
biến đổi

Phần mềm GIS

Hỡnh 1.4: Thit b v chương trình máy tính GIS


22

Hình 1.4 mơ tả các thiết bị và chương trình máy tính cho GIS bao gồm 2
phần chính:
- Phần cứng: Thường liên quan đến hệ thống thiết bị máy tính, ñược hình
thành và phổ biến trước trong quá trình phát triển công nghệ tin học: Hệ tập trung
(mainframe), hệ tập trung-phân tán (LAN, WAN, Intranet, Internet), trạm ñơn lẻ, cá
nhân và các chương trình điều hành tương ứng (Unix, Dos and Windows, Window
NT .v.v.) và Các thiết bị ngoại vi như nhận và đọc ảnh, qt, chụp ảnh, số hố, in
chiếu, hay lưu trữ CSDL và sản phẩm GIS.
- Phần mềm: Chương trình GIS tương ứng với các hệ thống ñiều hành, dùng

ñể nhập dữ liệu, quản lý CSDL, bản ñồ và trình bày báo cáo theo yêu cầu áp dụng.
* Nhân lực vận hành GIS
Cán bộ tổ chức ứng dụng: Cán bộ chuyên ngành và GIS với kỹ năng chuyên gia;
Cán bộ xây dựng vận hành: Nhập, biến ñổi, khai thác thông tin, cập nhật với
kỹ năng thao tác thực hành.
c) Phân loại GIS
- Theo ñặc ñiểm dữ liệu hoạt ñộng
Hiện trạng: Dữ liệu cơ sở (baseline data): Ảnh, bản ñồ nền, số liệu, ñịnh kỳ
hay thường xuyên do các ñơn vị quản lý, ngành chức năng biên soạn.
Qui hoạch: Định hướng hoặc chi tiết phát triển không gian do các cơ quan
qui hoạch làm vào thời ñiểm nào đó và giao cho địa phương quản lý
Thơng tin: Khai thác trên cơ sở xử lý CSDL hiện trạng và qui hoạch.
Các tài liệu khác: Các dự án ñiều tra, nghiên cứu.
- Theo phương pháp công cụ
Kiểu truyền thống: trên giấy can, thước tính, phiếu lỗ, bảng số liệu...đã có từ lâu
Kiểu số hoá: bản vẽ CAD, quét ảnh, tệp dữ liệu, giải đốn trực quan.
Kiểu trên GIS và các chương trình chun gia: tự động hố cao.


23

- Theo phương pháp tạo dữ liệu (cách mơ hình hố - modelling): Mơ tả các
đặc điểm định dạng khơng gian bằng các phương pháp vec-tơ hóa (vectorization) và
rastơ hóa (rasterization).
Vec-tơ hóa bằng 3 kiểu dữ liệu:
Mảng (polygon/region): Biểu diễn 1 khu vực có thuộc tính đồng nhất (địa hạt
xã phường, sơng, khu dân cư).
Đường (line/arc/edge): Biểu diễn đối tượng có dạng tuyến nối hai vị trí trở
lên (đường sắt, ñường bộ).
Điểm (point/node/junction): Biểu diễn 1 ñối tượng có giới hạn ở 1 vị trí (cao

độ, điểm nút).
Các thuộc tính ñược mô tả bằng bản ghi mã (ID), tên, giá trị ... gắn với dữ
liệu không gian.
d) So sánh với một số hệ thống thông tin
Khác với hệ thông tin truyền thống chỉ gồm 2 thành phần tổ chức thực hiện
và CSDL trên giấy, GIS cần có thiết bị và chương trình máy tính hỗ trợ, người vận
hành và khai thác cho các nhu cầu quản lý chỉ ñạo. Bảng 1.3 so sánh GIS với 1 số
hệ thông tin liên quan.
Qua bảng này ta thấy GIS có hai điểm khác nổi bật so với các cơng nghệ
khác: Đó là khả năng tạo và trộn các kiểu dữ liệu ña dạng và các cơng cụ phân tích
khơng gian, mơ hình hóa và trợ giúp quyết định.
Ngồi ra là các khác biệt riêng với từng hệ thống, ví dụ khác với cơ sở dữ
liệu truyền thống, dữ liệu không gian là cốt lõi của GIS.
Kém các chương trình CAD về mặt đồ họa, song GIS mạnh hơn về CSDL.
Khác với công nghệ viễn thám (RS) chuyên cung cấp và xử lý ảnh thành dữ
liệu/thông tin không gian là GIS giúp lưu trữ khai thác các sản phẩm Viễn thám.
GIS kém các hệ chun gia (tính tốn dân số, thốt nước, kết cấu...) hệ thơng
minh (nhận dạng, thẩm định), về mặt chun mơn hố/tạo sẵn và tự động. Song GIS