Tài liệu luận văn Nghiên Cứu Giải Pháp Kỹ Thuật Xây Dựng Cơ Sở Dữ Liệu

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

ĐẬU THANH BÌNH

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠ SỞ
DỮ LIỆU QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN BẰNG
CÔNG NGHỆ WEBGIS

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2021


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

ĐẬU THANH BÌNH

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠ SỞ
DỮ LIỆU QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN BẰNG
CÔNG NGHỆ WEBGIS

Ngành: Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ
Mã số: 9520503

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS Nguyễn Trường Xuân

Hà Nội - 2021


i
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của riêng bản thân tơi.
Tồn bộ q trình nghiên cứu được tiến hành một cách khoa học, các số liệu, kết
quả trình bày trong luận án là chính xác, trung thực và chưa từng được ai cơng bố
trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả luận án

Đậu Thanh Bình


ii
LỜI CẢM ƠN

Luận án này được hoàn thành tại Bộ môn Đo ảnh và Viễn thám, Khoa Trắc địa
- Bản đồ và Quản lý đất đai, Trường Đại học Mỏ - Địa chất. Trong quá trình thực
hiện nghiên cứu, tác giả luôn nhận được sự giúp đỡ, tạo điều kiện của các thầy, cô
giáo và các đồng nghiệp trong Bộ môn Đo ảnh và Viễn thám, Khoa Trắc địa - Bản
đồ và Quản lý đất đai, phòng Đào tạo Sau đại học. Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn
chân thành về sự giúp đỡ đó.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Trường Xuân - thầy
giáo trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo cho tác giả hoàn thành luận án này.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến tất cả các thầy,
cô giáo, các nhà khoa học, đồng nghiệp đang công tác tại Sở Tài nguyên và Môi
trường, thủ trưởng đơn vị và người thân đã tận tình giúp đỡ, đã tạo mọi điều kiện
thuận lợi nhất để tác giả hoàn thành luận án này.

Xin chân thành cảm ơn!


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN..................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................... vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ .............................................................. x
MỞ ĐẦU

………………………………………………………………………...1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VỀ XÂY DỰNG CƠ SỞ
DỮ LIỆU WEBGIS PHỤC VỤ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN ......... 6
1.1. Thực trạng tài nguyên khoáng sản Việt Nam và Nghệ An ................................. 6
1.1.1 Thực trạng khoáng sản Việt Nam .................................................................... 6
1.1.2. Thực trạng khống sản Nghệ An .................................................................... 7
1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước ............................................. 8
1.2.1. Trên thế giới .................................................................................................. 9
1.2.2. Trong nước .................................................................................................. 30
1.3. Đánh giá kết quả nghiên cứu .......................................................................... 40
1.4. Những vấn đề được phát triển trong luận án................................................... 41
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC ỨNG DỤNG NỀN TẢNG MÃ NGUỒN MỞ
XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN ....... 42
2.1. WebGIS mã nguồn mở .................................................................................... 42
2.1.1. Tổng quan WebGIS ...................................................................................... 42

2.1.2. Nền tảng phát triển WebGIS mã nguồn mở .................................................. 43
2.2. Một số kỹ thuật xử lý dữ liệu dựa trên mơ hình WebGIS mở............................ 53
2.2.1. WMS ............................................................................................................ 53
2.2.2. WFS ............................................................................................................. 55
2.2.3. TMS ............................................................................................................. 56
2.2.4. WMTS .......................................................................................................... 58
2.2.5. Kỹ thuật lập chỉ mục không gian GiST trong PostGIS.................................. 62


iv
2.3. Một số thuật tốn chiết tách thơng tin khống sản trên ảnh viễn thám ............ 64
2.3.1. Chỉ số khoáng sản ........................................................................................ 64
2.3.2. Phương pháp PCA ....................................................................................... 66
2.3.3. Phương pháp DPCA .................................................................................... 70
2.4. Kết luận chương 2 .......................................................................................... 71
CHƯƠNG 3. GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU WEBGIS
QUẢN LÝ TÀI NGUN KHỐNG SẢN.......................................................... 73
3.1. Quy trình về xây dựng và quản lý CSDL tài nguyên môi trường...................... 73
3.2. Mơ hình giải pháp tổng thể về xây dựng và quản lý CSDL tài nguyên khoáng
sản......................................................................................................................... 75
3.3. Giải pháp kỹ thuật về xây dựng CSDL tài nguyên khoáng sản ........................ 81
Xây dựng các lớp dữ liệu bản đồ dạng vector ........................................................ 82
Xây dựng lớp dữ liệu không gian mỏ khoáng sản................................................... 84
Xây dựng lớp dữ liệu ảnh....................................................................................... 85
Xây dựng lớp thơng tin thuộc tính.......................................................................... 92
Xây dựng lớp dữ liệu đa phương tiện ..................................................................... 93
3.4. Giải pháp kỹ thuật về xây dựng hệ thống quản lý tài nguyên khoáng sản ........ 93
Mô đun phân quyền ............................................................................................... 95
Mô đun cập nhập dữ liệu ....................................................................................... 96
Mô đun truy vấn dữ liệu......................................................................................... 97

Mô đun nhập liệu................................................................................................. 101
Mơ đun phân tích, thống kê ................................................................................. 102
3.5. Kết luận chương 3 ........................................................................................ 102
CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ
LIỆU WEBGIS QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN CỦA HUYỆN QUỲ
HỢP TỈNH NGHỆ AN ........................................................................................ 103
4.1. Khu vực thực nghiệm .................................................................................... 103
4.2. Xây dựng CSDL tài nguyên khoáng sản Qùy Hợp ......................................... 104


v
Xây dựng các lớp dữ liệu không gian dạng vector ............................................... 105
Xây dựng các bảng dữ liệu thuộc tính .................................................................. 112
Xây dựng các lớp dữ liệu không gian dạng raster ................................................ 116
4.3. Thực nghiệm đánh giá một số kỹ thuật xử lý dữ liệu lớn ............................... 121
Kỹ thuật đa luồng trong xử lý ảnh viễn thám kích thước lớn ................................ 121
Xây dựng chỉ mục không gian GiST đối với CSDL không gian lớn ...................... 124
4.4. Xây dựng thử nghiệm WebGIS quản lý tài nguyên khoáng sản Qùy Hợp ...... 130
Xây dựng CSDL khơng gian tài ngun khống sản trên PostGIS ....................... 131
Thiết lập hệ thống WebGIS quản lý tài nguyên khoáng sản trên GeoServer ......... 133
Xây dựng giao diện hệ thống WebGIS quản lý tài nguyên khoáng sản ................. 134
4.5. Kết luận chương 4. ....................................................................................... 138
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 139
A. Kết luận .......................................................................................................... 139
B. Kiến nghị......................................................................................................... 139
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ ....................... 141
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 142


vi

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
API

: Application Programming Interface

: Giao diện lập trình ứng dụng

CSDL : Database

: Cơ sở dữ liệu

DBMS : Database Management System

: Hệ quản trị cơ sở dữ liệu

DDP

Tọa độ theo điểm ảnh

: Degrees per pixel

DPCA : Directed Principal Component
ESA

: Phân tích thành phần chính có

Analysis

hướng

: European Space Agency

: Cơ quan vũ trụ Châu Âu

FOSS : Free and Open Source Software

: Phần mềm miễn phí mã nguồn mở

GIS

: Hệ thống thông tin địa lý

: Geographic information system

GML : Geography Markup Language

: Ngôn ngữ đánh dấu địa lý

GUI

: Giao diện đồ họa người dùng

: Graphical User Interface

HTTP : Hypertext Transfer Protocol

: Giao thức truyền siêu văn bản

HTTPS : Hyper Text Transfer Protocol Secure : Giao thức truyền tải siêu văn bản
bảo mật

LAN

: Local Area Network

: Mạng máy tính cục bộ

OGC

: Open Geospatial Consortium

: Hiệp hội không gian địa lý mở

OSGeo : Open Source Geospatial Foundation : Tổ chức địa khơng gian mã nguồn
mở
PCA

: Principal Components Analysis

: Phân tích thành phần chính

ROI

: Region Of Interest

: Khu vực quan tâm

SDE

: Spatial Database Engine

: Công cụ CSDL không gian

SDI

: Spatial Data Infrastructure

: CSDL hạ tầng không gian

SLD

: Styled Layer Description

: Sự biểu diễn lớp dữ liệu

SQL

: Structured Query Language

: Ngôn ngữ truy vấn cấu trúc

TMS

: Tile Map Service

: Dịch vụ bản đồ Tile

TNKS

: Tài nguyên khoáng sản

vii
WCS

: Web Coverage Service

: Dịch vụ Coverage Web

WFS

: Web Processing Service

: Dịch vụ xử lý Web

WMS : Web Map Service

: Dịch vụ bản đồ Web

WMTS : Web Map Tile Service

: Dịch vụ bản đồ Web dạng Tile

XML : eXtensible Markup Language

: Ngôn ngữ đánh dấu mở rộng


viii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Kích thước tập tin và thời gian tải về đối với dịch vụ WFS được tạo bởi

các máy chủ MapServer, GeoServer và ArcServer................................................. 45
Bảng 2.2. Kết quả hồi quy tuyến tính đối với thời gian xử lý WFS và kích thước tập
tin tải về từ ba máy chủ bản đồ. ............................................................................. 46
Bảng 2.3. Đánh giá thời gian phản hồi dịch vụ WMS của các máy chủ.................. 47
Bảng 2.4. So sánh tốc độ xử lý giữa WMS và tile map .......................................... 62
Bảng 2.5. Bảng các giá trị riêng ............................................................................. 70
Bảng 3.1. Quyền truy cập hệ thống với các nhóm đối tượng. ................................. 96
Bảng 4.1 Danh sách các lớp dữ liệu không gian dạng vector huyện Qùy Hợp...... 106
Bảng 4.2 Sự biểu diễn một số lớp dữ liệu không gian trên hệ thống WebGIS quản lý
TNKS Qùy Hợp................................................................................................... 109
Bảng 4.3. Bảng thơng tin thuộc tính của lớp mỏ khống sản ................................ 112
Bảng 4.4. Bảng thơng tin thuộc tính của lớp doanh nghiệp .................................. 113
Bảng 4.5. Bảng thơng tin thuộc tính về các hoạt động kiểm tra ............................ 113
Bảng 4.6 Bảng thơng tin thuộc tính về các hoạt động xử lý vi phạm .................... 113
Bảng 4.7. Bảng Thông tin của lớp giấy phép hoạt động khoáng sản .................... 114
Bảng 4.8 Bảng thơng tin thuộc tính của lớp dữ liệu loại khống sản .................... 114
Bảng 4.9 Bảng thơng tin thuộc tính về lớp đối tượng cán bộ tham gia cơng tác quản
lý tài ngun khống sản ..................................................................................... 114
Bảng 4.10 Bảng thông tin về lớp phân quyền....................................................... 115
Bảng 4.11 Bảng thông tin về lớp tài khoản người dùng ....................................... 115
Bảng 4.12. Kết quả tính tốn đa luồng đối với chỉ số oxit sắt ............................... 123
Bảng 4.13. Kết quả tính tốn đa luồng đối với chỉ số khoáng sản sét ................... 123
Bảng 4.14. Bảng kết quả với ST_Dwithin giữa hai tập dữ liệu dạng đường và dạng
điểm .................................................................................................................... 127
Bảng 4.15 Bảng kết quả với ST_Dwithin giữa hai tập dữ liệu dạng vùng và dạng
điểm .................................................................................................................... 127


ix
Bảng 4.16 Bảng kết quả với ST_Intersects giữa hai tập dữ liệu dạng đường và dạng

điểm .................................................................................................................... 128
Bảng 4.17. Bảng kết quả với ST_Crosses giữa hai tập dữ liệu dạng đường và dạng
đường .................................................................................................................. 128
Bảng 4.18. Chức năng tương tác với bản đồ ........................................................ 136


x
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ
Hình 1.1. Mỏ đá xã Châu Hồng, huyện Quỳ Hợp bị khai thác sai quy trình. ............ 6
Hình 1.2. Sự phân bố khống sản ở tỉnh Nghệ An ................................................... 7
Hình 1.3. Giải pháp kỹ thuật của Kuosmanen trong việc xây dựng bản đồ tiềm năng
các mỏ khống hóa chứa vàng dựa trên dữ liệu ảnh viễn thám. .............................. 10
Hình 1.4 Mơ hình xây dựng các lớp tiềm năng khoáng sản dựa trên kỹ thuật chiết
tách thơng tin ......................................................................................................... 11
Hình 1.5. Giải pháp kỹ thuật của Sankaran Rajendran về việc xây dựng bản đồ tiềm
năng khoáng sản mangan dựa trên kỹ thuật chiết tách thơng tin ảnh ASTER. ........ 12
Hình 1.6. Giải pháp kỹ thuật của Seyed Mohammad Bolouki về việc xây dựng lớp
dữ liệu tiềm năng khống hóa vàng dựa trên bộ phân loại mạng Bayes .................. 14
Hình 1.7. giải pháp kỹ thuật của hệ thống xây dựng và quản lý tài nguyên thiên
nhiên dựa trên mơ hình phân tán của Sakhare. ....................................................... 15
Hình 1.8. Giải pháp kỹ thuật về hệ thống xử lý, phân tích TNKS dựa trên mơ hình
WebGIS mở của Finnian OConnor ........................................................................ 16
Hình 1.9. Giải pháp kỹ thuật của Miao Liu về hệ thống quản lý CSDL thông tin
đường bay và ảnh viễn thám .................................................................................. 17
Hình 1.10. Giải pháp kỹ thuật của George Tudor về việc xây dựng và quản lý CSDL
tài nguyên khoáng sản dựa trên WebGIS. .............................................................. 18
Hình 1.11. Mơ hình CSDL khơng gian khống sản của Bo J. ................................ 19
Hình 1.12. Mơ hình ứng dụng để bàn trong quản lý CSDL khơng gian tài ngun
khống sản của Bo J. ............................................................................................. 20
Hình 1.13. Giải pháp kỹ thuật của Joel B. về quản lý CSDL không gian tài ngun

khống sản dựa trên WebGIS. ............................................................................... 20
Hình 1.14. Mơ hình lưu trữ CSDL tài nguyên khoáng sản trong nghiên cứu của Joel
Bandibas................................................................................................................ 21
Hình 1.15. Mơ hình về dịch vụ bản đồ mạng WMS trong nghiên cứu của Joel
Bandibas................................................................................................................ 21


xi
Hình 1.16. giải pháp kỹ thuật của Arifin Itsnani về xây dựng hệ thống quản lý khai
thác, sử dụng đất.................................................................................................... 23
Hình 1.17. Mơ hình giải pháp kỹ thuật của Nizamuddin về xây dựng hệ thống
WebGIS quản lý thông tin tiềm năng năng lượng tái tạo ở Aceh, Indonesia........... 24
Hình 1.18. Mơ hình CSDL khơng gian tài ngun khống sản của Nan Li ............ 24
Hình 1.19. Giải pháp kỹ thuật của Nan Li về việc xây dựng hệ thống quản lý CSDL
tài ngun khống sản dựa trên ứng dụng máy tính để bàn .................................... 25
Hình 1.20. Hệ thống thơng tin thăm dị khống sản của Mahyar Yousefi ............... 26
Hình 1.21. Mơ hình giải pháp của Mahyar Yousefi về xây dựng hệ thơng tin thăm
dị khống sản........................................................................................................ 27
Hình 1.22. Giải pháp kỹ thuật của Joel B. về hệ thống chia sẻ thông tin về tai biến
địa chất dựa trên WebGIS mã nguồn mở. .............................................................. 28
Hình 1.23. Dịch vụ WMS trong hệ thống G-EVER ............................................... 29
Hình 1.24. Giải pháp kỹ thuật của hệ thống G-EVER di động. .............................. 30
Hình 1.25. Giải pháp xây dựng CSDL quản lý tiến độ xuống giống và tình hình dịch
hại lúa tỉnh An Giang của Trương Chí Quang........................................................ 31
Hình 1.26. Mơ hình tổng quan CSDL quản lý tiến độ xuống giống và tình hình dịch
hại ......................................................................................................................... 31
Hình 1.27. Mơ hình CSDL thủy lợi ....................................................................... 32
Hình 1.28. Mơ hình tổng quan về CSDL tài nguyên rừng ...................................... 34
Hình 1.29. Mơ hình tổng quan CSDL phục vụ canh tác lúa ................................... 35
Hình 1.30. Sơ đồ quy trình xây dựng CSDL đất trồng lúa bằng QGIS ................... 37

Hình 1.31. Mơ hình tổng quan về CSDL của hệ thống quản lý và hỗ trợ điều hành
hệ thống tưới theo thời gian thực ........................................................................... 38
Hình 1.32. Các bước xác định ngưỡng giá trị phát hiện sớm khai thác khống sản 39
Hình 2.1. Mơ hình kiến trúc cơ bản của hệ thống WebGIS. ................................... 42
Hình 2.2. Mơ hình tổng quan về GeoServer ........................................................... 44
Hình 2.3. So sánh thời gian xử lý và kích thước tập tin tải về của các máy chủ bản
đồ MapServer, GeoServer và ArcServer ................................................................ 46


xii
Hình 2.4. CyberTech PostgreSQL ......................................................................... 49
Hình 2.5. Mơ hình cây phân cấp của các máy chủ CSDL tại Instagram ................. 49
Hình 2.6. Mơ hình tổng quan dịch vụ WMS .......................................................... 53
Hình 2.7. Lược đồ về mơ hình máy khách - máy chủ sử dụng WMS ..................... 54
Hình 2.8. Lược đồ về mơ hình máy khách - máy chủ sử dụng WFS....................... 56
Hình 2.9. Mơ hình tổng quan dịch vụ WMTS ........................................................ 58
Hình 2.10. Dịch vụ WMTS chia hình ảnh thành các tile. ....................................... 59
Hình 2.11. Lược đồ về mơ hình máy khách - máy chủ sử dụng dịch vụ WMTS..... 60
Hình 2.12. Biểu diễn thuật tốn lựa chọn tile để hiển thị [58]. ............................... 60
Hình 2.13. Mơ hình sử dụng kỹ thuật Map Tile trong bộ nhớ đệm ......................... 61
Hình 2.14. Cách chỉ mục khơng gian làm việc ....................................................... 62
Hình 2.15. Cây tìm kiếm CSDL khơng gian sử dụng chỉ số GiST ......................... 63
Hình 2.16. Khu vực mỏ sét Hữu Khánh, Tân Phương, Thanh Thủy, Phú Thọ. ....... 65
Hình 2.17. Khu vực mỏ sắt, Trại Cau, Đồng Hỷ, Thái Nguyên .............................. 66
Hình 2.18. Mơ tả phép biến đổi trực giao tuyến tính giữa hai kênh ảnh 1 và 2 ....... 67
Hình 2.19. Tập dữ liệu ảnh gốc và ảnh PC ............................................................. 70
Hình 3.1. Sơ đồ quy trình xây dựng CSDL tài ngun và mơi trường .................... 73
Hình 3.2. Sơ đồ quy trình xây dựng ứng dụng phần mềm hỗ trợ việc quản lý, khai
thác CSDL trong ngành tài nguyên và mơi trường ................................................. 74
Hình 3.3. Mơ hình tổng quan về xây dựng và quản lý CSDL TNKS ...................... 76

Hình 3.4. Con người với hệ thống xây dựng và quản lý CSDL TNKS ................... 77
Hình 3.5. Mơ hình giải pháp kỹ thuật của hệ thống xây dựng CSDL TNKS dựa trên
nền tảng GIS mã nguồn mở ................................................................................... 78
Hình 3.6. Các nguồn thơng tin, dữ liệu tài ngun khống sản được quản lý ......... 79
Hình 3.7. Mơ hình giải pháp kỹ thuật của hệ thống quản lý TNKS dựa trên nền tảng
WebGIS mã nguồn mở .......................................................................................... 80
Hình 3.8. Giải pháp kỹ thuật về lưu trữ CSDL TNKS ............................................ 81
Hình 3.9. Mơ hình xây dựng CSDL tài ngun khống sản ................................... 82
Hình 3.10. Mơ hình xây dựng các lớp dữ liệu bản đồ dạng vector.......................... 82


xiii
Hình 3.11. Sơ đồ quy trình xây dựng và quản lý các lớp dữ liệu bản đồ dạng vector
.............................................................................................................................. 83
Hình 3.12. Cách tạo lớp dữ liệu dân cư khu vực Qùy Hợp - Nghệ An từ lớp dân cư
của mảnh bản đồ tỷ lệ 1:50.000 ............................................................................. 84
Hình 3.13. Sơ đồ quy trình xây dựng lớp dữ liệu khơng gian mỏ khống sản. ........ 85
Hình 3.14. a - dữ liệu gốc về các điểm khoáng sản; b - dữ liệu điểm khống sản
dạng csv; c - dạng hình học của mỏ khống sản ..................................................... 85
Hình 3.15. Lớp dữ liệu ảnh .................................................................................... 86
Hình 3.16. Sơ đồ quy trình xây dựng lớp dữ liệu bản đồ địa chất khống sản ........ 86
Hình 3.17. Sơ đồ quy trình xây dựng lớp dữ liệu ảnh viễn thám ............................ 87
Hình 3.18. Sơ đồ thuật tốn cắt ảnh theo vùng ....................................................... 88
Hình 3.19. a - kênh 7 của dữ liệu ảnh Landsat-8; b - dữ liệu vector của Qùy Hợp; . 88
Hình 3.20. Sơ đồ thuật tốn tổ hợp kênh ................................................................ 88
Hình 3.21. Sơ đồ thuật tốn thực hiện chỉ số khống sản. ...................................... 89
Hình 3.22. Sơ đồ chi tiết thuật toán tạo ảnh chỉ số khoáng sản ............................... 90
Hình 3.23. Sơ đồ thuật tốn tạo DPCA .................................................................. 91
Hình 3.24. Quy trình xây dựng lớp thơng tin tiềm năng khống sản từ dữ liệu ảnh
viễn thám............................................................................................................... 92

Hình 3.25. Sơ đồ quy trình chung xây dựng lớp dữ liệu thuộc tính ........................ 93
Hình 3.26. Sơ đồ quy trình xây dựng lớp dữ liệu đa phương tiện ........................... 93
Hình 3.27. Mơ hình giải pháp kỹ thuật về hệ thống quản lý TNKS dựa trên nền tảng
WebGIS mã nguồn mở .......................................................................................... 95
Hình 3.28. Mơ đun cập nhập dữ liệu trên hệ thống quản lý TNKS. ........................ 96
Hình 3.29. Các trường hợp có mối quan hệ tiếp xúc. ........................................... 100
Hình 3.30. Sơ đồ quy trình thực hiện truy vấn dữ liệu trên hệ thống WebGIS quản
lý TNKS. ............................................................................................................. 101
Hình 3.31. Sơ đồ quy trình thực hiện nhập liệu trên hệ thống WebGIS quản lý
TNKS .................................................................................................................. 101


xiv
Hình 3.32. Sơ đồ quy trình thực hiện phân tích, thống kê trên hệ thống WebGIS
quản lý TNKS ..................................................................................................... 102
Hình 4.1. Ảnh vệ tinh huyện Qùy Hợp – Nghệ An (Tổ hợp kênh 4-3-2). ............. 104
Hình 4.2. Bản đồ khống sản tỉnh Nghệ An ......................................................... 105
Hình 4.3. Huyện Qùy Hợp và các mảnh bản đồ tỷ lệ 1:50.000. ............................ 106
Hình 4.4. Lớp mỏ khoáng sản dạng điểm và lớp ranh giới huyện Qùy Hợp. ........ 109
Hình 4.5. Bản đồ các lớp vector GIS huyện Qùy Hợp. ......................................... 111
Hình 4.6. Mơ hình biểu diễn mối quan hệ giữa các lớp đối tượng trong CSDL thơng
tin khống sản. .................................................................................................... 115
Hình 4.7. Mơ hình biểu diễn các đối tượng liên quan tới chức năng phân quyền .. 116
Hình 4.8. Tổ hợp ảnh viễn thám khu vực Qùy Hợp, Nghệ An.............................. 117
Hình 4.9. Quy trình xây dựng lớp dữ liệu tiềm năng khống sản đá từ tập dữ liệu
ảnh vệ tinh Landsat-8 dựa trên phương pháp DPCA ............................................ 118
Hình 4.10. Hình ảnh vệ tinh Landsat-8 trong dải phổ kênh 4, kênh 5, kênh 6 và kênh
7 khu vực Qùy Hợp ............................................................................................. 119
Hình 4.11. Ảnh tỷ số kênh [5/4] và kênh [6/7] khu vực Qùy Hợp ........................ 119
Hình 4.12. Ảnh PC khu vực Qùy Hợp ................................................................. 120

Hình 4.13. Sự chồng xếp lớp dữ liệu tiềm năng khống sản đá với lớp dữ liệu khơng
gian mỏ khống sản dạng điểm khu vực Qùy Hợp. .............................................. 121
Hình 4.14. Xử lý luồng đối với dữ liệu ảnh đa phổ .............................................. 122
Hình 4.15. Biểu đồ thể hiện thời gian tính tốn đa luồng đối với chỉ số oxit sắt. .. 123
Hình 4.16. Thời gian tính tốn đa luồng đối với chỉ số khống sản sét. ................ 124
Hình 4.17. Biểu đồ thể hiện kết quả thực hiện của các phép truy vấn không gian
trong trường hợp sử dụng/không sử dụng chỉ mục GiST...................................... 130
Hình 4.18. Truy vấn danh sách các điểm mỏ trong CSDL khơng gian tài ngun
khống sản huyện Qùy Hợp................................................................................. 132
Hình 4.19. Sử dụng QGIS để biên tập CSDL khơng gian tài ngun khống sản . 133
Hình 4.20 Sự biểu diễn lớp dữ liệu tài nguyên khoáng sản dạng vùng dựa trên SLD
............................................................................................................................ 134


xv
Hình 4.21. Sự biểu diễn các lớp dữ liệu khơng gian dạng vector khu vực Qùy Hợp
thông qua xử lý của GeoServer ............................................................................ 134
Hình 4.22. Giao diện chính của hệ thống WebGIS quản lý TNKS ....................... 135
Hình 4.23. Một số giao diện chức năng hệ thống ................................................. 135
Hình 4.24. Giao diện hiển thị thơng tin doanh nghiệp khai thác khống sản ........ 137
Hình 4.25. Giao diện thực hiện chức năng thêm mới doanh nghiệp tham gia khai
thác khoáng sản ................................................................................................... 137


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Việt Nam có nguồn TNKS phong phú, đa dạng. Theo kết quả điều tra của Tổng
cục Địa chất và Khoáng sản, nước ta có hơn 5000 mỏ với trên 60 loại khống sản

khác nhau. Cơng nghiệp khai khống tiếp tục là ngành có đóng góp lớn và tăng
trưởng cao, đứng ở vị trí thứ 3 trong các ngành có đóng góp lớn nhất cho tăng
trưởng GDP. Là nguồn lực quan trọng để phát triển kinh tế của đất nước, quản lý tài
nguyên khoáng sản là nhu cầu quan trọng và cấp thiết, là chiến lược quốc gia nhằm
nâng cao hiệu quả của quá trình từ thăm dị, xây dựng, khai thác, chế biến và bảo vệ
môi trường mỏ.
Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và cuộc cách mạng công
nghiệp lần thứ tư diễn ra trong tất cả các lĩnh vực, trong đó có cả các lĩnh vực quản
lý nhà nước về nguồn tài nguyên khoáng sản. Việc áp dụng các nền tảng công nghệ
tiên tiến đã trở nên cần thiết hơn bao giờ hết nhằm đảm bảo quản lý, khai thác
nguồn TNKS lâu dài, phục vụ phát triển kinh tế đất nước theo hướng bền vững. Đây
là một trong những nhiệm vụ trọng tâm đã được chính phủ xác định. Với cuộc cách
mạng công nghệ như hiện nay, việc áp dụng các nền tảng WebGIS mã nguồn mở
trong xây dựng CSDL quản lý TNKS là hợp lý, phù hợp cũng như đảm bảo tính
thời sự, độ tin cậy. Các giải pháp mã nguồn mở đã được chứng minh là hiệu quả
trong nhiều nghiên cứu khoa học, cũng như là nền tảng phát triển trong các hệ thống
quản lý dữ liệu khơng gian của nhiều tập đồn, doanh nghiệp. Có thể kể đến các
nghiên cứu của Fortes (2013) [35], Ranka S. (2015) [58], Nutjaree C. (2016) [53]...
Santosh K. và cộng sự (2016) [64] đã ứng dụng công nghệ WebGIS để phát triển hệ
thống giám sát sản lượng cây trồng và các hoạt động liên quan tới mùa vụ nhằm
giúp người dùng có thể truy cập các thơng tin. Levente J. (2016) [45] đã ứng dụng
nền tảng WebGIS mã nguồn mở để phát triển hệ thống hỗ trợ việc thu thập dữ liệu
của các hệ thống sơng ngịi; từ đó phân tích thủy văn nhằm mục đích đánh giá các
khu vực có khả năng gặp rủi ro ngập lụt trong mùa mưa lũ. Ở Việt Nam, có một số
các nghiên cứu ứng dụng công nghệ WebGIS trong quản lý nguồn tài nguyên


2

khoáng sản. Nguyễn Huy Phương và cộng sự (2009) [11] xây dựng CSDL địa chất

khống sản, địa chất mơi trường và tai biến địa chất các vùng biển Việt Nam dựa
trên nền tảng MapServer, NET Framework…Ngồi ra, cịn một số các nghiên cứu
khác như Nguyễn Văn Cảnh [3], Phạm Đức Trọng [17], Trần Đức Thảo [15],
Nguyễn Thanh Phi [9], Trần Nam Phong [10], Trần Thiện Chính [4]…
Mặc dù, đã có một số các nghiên cứu giải pháp kỹ thuật về xây dựng CSDL
quản lý TNKS dựa theo công nghệ WebGIS. Tuy nhiên, các nghiên cứu này vẫn
còn tồn tại một số vấn đề như việc xây dựng giải pháp, thiết kế giải pháp kỹ thuật
không đồng bộ khi sử dụng cả nền tảng thương mại và mã nguồn mở; hoặc chưa
tích hợp cơng nghệ xử lý dữ liệu ảnh viễn thám trong xây dựng và đánh giá TNKS
hay chỉ sử dụng chuẩn biểu diễn bản đồ mạng WMS v.v…
Cơ sở dữ liệu WebGIS là cơng cụ chia sẻ nhanh chóng dữ liệu và thơng tin
khống sản, hỗ trợ q trình ra quyết định nhằm quản lý hiệu quả trong tất cả các
cơng đoạn từ thăm dị, xây dựng, khai thác và bảo vệ mơi trường mỏ. Cho đến nay,
đã có nhiều giải pháp xây dựng cơ sở dữ liệu WebGIS. Mỗi giải pháp đều có những
ưu nhược điểm và điều kiện ứng dụng riêng. Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật phù hợp
xây dựng cơ sở dữ liệu bằng công nghệ WebGIS trong điều kiện của Việt Nam là
nhu cầu cần thiết nhằm nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên khoáng sản.
Xuất phát từ những luận giải trên đây, đề tài nghiên cứu sinh: “Nghiên cứu
giải pháp kỹ thuật xây dựng cơ sở dữ liệu quản lý tài nguyên khoáng sản bằng công
nghệ WebGIS” được lựa chọn là xuất phát từ nhu cầu thực tế và có ý nghĩa thực
tiễn.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Xác lập được cơ sở khoa học và phương pháp luận xây dựng cơ sở dữ liệu
WebGIS nhằm nâng cao hiệu quả công tác quản lý và hoạt động khai thác khoáng
sản trong điều kiện Việt Nam.
3. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng khoa học trực tiếp là nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật xây dựng cơ
sở dữ liệu WebGIS cho các lớp tài nguyên khoáng sản, phù hợp cho việc quản lý

3

hiệu quả tài nguyên khoáng sản trong điều kiện thực tế của Việt Nam.
4. Phạm vi nghiên cứu
- Phạm vi nghiên cứu về nội dung là công nghệ WebGIS mã nguồn mở và một
số kỹ thuật chiết tách thông tin khoáng sản trên ảnh viễn thám
- Phạm vi nghiên cứu về không gian: khu vực huyện Qùy Hợp, tỉnh Nghệ An.
5. Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan vấn đề nghiên cứu: thực trạng tài nguyên khoáng sản Việt Nam,
Nghệ An; tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước có liên quan đến luận
án.
- Nghiên cứu cơ sở khoa học ứng dụng WebGIS mã nguồn mở trong quản lý tài
nguyên khoáng sản: nghiên cứu WebGIS mã nguồn mở; một số kỹ thuật xử lý dữ
liệu dựa trên mơ hình WebGIS mã nguồn mở; một số thuật toán chiết tách thơng tin
khống sản trên ảnh viễn thám.
- Nghiên cứu đề xuất giải pháp kỹ thuật xây dựng và quản lý CSDL tài nguyên
khoáng sản: giải pháp kỹ thuật xây dựng CSDL tài nguyên khoáng sản; giải pháp
kỹ thuật quản lý tài nguyên khoáng sản
- Xây dựng thực nghiệm CSDL và WebGIS quản lý TNKS tại huyện Qùy Hợp
tỉnh Nghệ An.
6. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp phân tích, tổng hợp: xử lý các nguồn dữ liệu liên quan tới TNKS
như dữ liệu đo đạc GPS về mỏ khoảng sản, dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat-8, dữ liệu
vector GIS...
- Phương pháp viễn thám: xử lý dữ liệu ảnh viễn thám quang học Landsat 8
nhằm xây dựng lớp dữ liệu tiềm năng về khoáng sản...
- Phương pháp GIS: xử lý dữ liệu GIS và viễn thám nhằm xây dựng CSDL
không gian TNKS; thực hiện các phép phân tích khơng gian trong các bài toán truy
vấn, giám sát TNKS.
- Phương pháp so sánh: so sánh, đánh giá các kết quả nghiên cứu về ứng dụng

công nghệ WebGIS trong xây dựng CSDL và quản lý tài nguyên khoáng sản; so


4

sánh kết quả của lớp dữ liệu tiềm năng về tài ngun khống sản dựa trên kỹ thuật
chiết tách thơng tin trên ảnh viễn thám với các thông tin liên quan tới hoạt động
quản lý, khai thác, sử dụng tài ngun khống sản.
- Phương pháp mơ hình hố: các hướng nghiên cứu trong luận án được mơ hình
hóa giúp dễ hiểu, dễ sử dụng trong quá trình xử lý dữ liệu.
- Kỹ thuật lập trình: lựa chọn ngơn ngữ lập trình kết hợp với các thư viện hỗ trợ
xử lý dữ liệu, thiết kế và cài đặt thuật toán nhằm xây dựng thử nghiệm hệ thống
WebGIS xây dựng CSDL và quản lý tài nguyên khoáng sản.
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
7.1. Ý nghĩa khoa học của luận án
Xác lập được cơ sở khoa học và phương pháp luận giải pháp kỹ thuật xây dựng
cơ sở dữ liệu WebGIS phục vụ quản lý tài nguyên khoáng sản.
7.2. Ý nghĩa thực tiễn của luận án
Kết quả nguyên cứu có thể ứng dụng xây dựng cơ sở dữ liệu WebGIS phục vụ
quản lý tài ngun khống sản nói chung và xây dựng cơ sở dữ liệu WebGIS cho
huyện Qùy Hợp tỉnh Nghệ An nói riêng.
8. Luận điểm bảo vệ
Luận điểm 1: Giải pháp chiết tách thông tin từ ảnh viễn thám kết hợp với phân tích
GIS dựa trên nền tảng mở đáp ứng tính thời sự và độ tin cậy trong xây dựng cơ sở
dữ liệu tài nguyên khống sản.
Ln điểm 2: Cơng nghệ WebGIS mã nguồn mở là giải pháp kỹ thuật phù hợp đáp
ứng công tác quản lý cơ sở dữ liệu lớn tài nguyên khoáng sản.
9. Những điểm mới của luận án
- Đề xuất giải pháp kỹ thuật xây dựng CSDL không gian TNKS từ kỹ thuật
chiết tách thông tin ảnh viễn thám và phân tích GIS dựa trên nền tảng mở nhằm

phục vụ bài tốn giám sát, đánh giá hiện trạng.
- Xây dựng mơ hình hệ thống quản lý TNKS dựa trên nền tảng WebGIS mã
nguồn mở phù hợp cho việc quản lý CSDL lớn tài nguyên khoáng sản.
10. Khối lượng và kết cấu luận án


5

Luận án bao gồm các phần chính như sau:
Mở đầu
Chương 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu về xây dựng cơ sở dữ liệu WebGIS phục
vụ quản lý tài nguyên khoáng sản.
Chương 2. Cơ sở khoa học ứng dụng nền tảng mã nguồn mở xây dựng cơ sở dữ liệu
quản lý tài nguyên khoáng sản
Chương 3. Giải pháp kỹ thuật xây dựng cơ sở dữ liệu WebGIS quản lý tài nguyên
khoáng sản.
Chương 4. Ứng dụng giải pháp kỹ thuật xây dựng cơ sở dữ liệu WebGIS quản lý tài
nguyên khoáng sản của huyện Qùy Hợp tỉnh Nghệ An.
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo
Danh mục cơng trình cơng bố của tác giả
Phụ lục
Luận án được trình bày trong 187 trang, 106 hình vẽ và sơ đồ, 24 bảng biểu.


6

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VỀ XÂY DỰNG CƠ
SỞ DỮ LIỆU WEBGIS PHỤC VỤ QUẢN LÝ TÀI NGUN KHỐNG SẢN
1.1. Thực trạng tài ngun khống sản Việt Nam và Nghệ An

1.1.1 Thực trạng khoáng sản Việt Nam
Việt Nam có nguồn TNKS đa dạng, phong phú với trên 5000 mỏ, 60 loại
khống sản khác nhau; có ý nghĩa chiến lược và là nguồn lực để phát triển kinh tế xã hội đất nước. Năm 2017, theo thống kê báo cáo của Tổng cục Địa chất và
Khoáng sản Việt Nam, giá trị sản lượng ngành khai khống (khơng kể dầu khí)
chiếm khoảng 4-5% tổng GDP hàng năm. Để quản lý hiệu quả nguồn tài ngun
khống sản, chính phủ đã ban hành nhiều quy định, chính sách như pháp lệnh
22/PL-HĐBT về TNKS ngày 28/7/1989; Nghị định số 95/NĐ-HĐBT ngày
25/3/1992 về hướng dẫn thi hành Pháp lệnh về Tài nguyên Khoáng sản; Luật
khoáng sản năm 1996 và sửa đổi bổ sung một số điều vào năm 2005; Luật Khoáng
sản số 60/2010/QH12 năm 2010. Ngoài ra, các bộ, ngành chức năng và địa phương
cũng tăng cường thanh tra, kiểm tra, siết chặt việc cấp giấy phép khai thác mỏ mới.
Năm 2014, theo thống kê của Bộ Tài Nguyên và Môi trường, trên cả nước có
khoảng 3000 tổ chức, cá nhân đang hoạt động thăm dị, khai thác khống sản [24].

Hình 1.1. Mỏ đá xã Châu Hồng, huyện Quỳ Hợp bị khai thác sai quy trình.


7

Tuy nhiên, các hoạt động khai thác khoáng sản trái phép còn diễn ra nhiều.
Năm 2019, Tổng cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam lập biên bản xử phạt vi
phạm hành chính đối với 65 doanh nghiệp. Một trong những nguyên nhân dẫn đến
tình trạng này là khả năng giám sát, quản lý nguồn TNKS chưa tốt. Theo nghiên
cứu của Viện Quản trị tài nguyên thiên nhiên (NRGI) công bố năm 2013, Việt Nam
đứng thứ 43/58 về khả năng quản trị khai khoáng [18].
1.1.2. Thực trạng khoáng sản Nghệ An
Nghệ An là một tỉnh có nguồn tài ngun khống sản dồi dào và phong phú so
với nhiều địa phương khác. Qua khảo sát cho thấy tồn tỉnh hiện có 113 vùng mỏ
khoáng sản với trữ lượng lớn, 171 điểm quặng và đá vôi (số liệu tham khảo ở phần
phụ lục). Một số kim loại và đá quý có trữ lượng lớn như: vàng sa khống ở lưu vực

sơng Cả, sông Hiếu với trữ lượng trên 20 tấn; các loại đá qúy như hồng ngọc, bích
ngọc...ở các huyện Quỳ Châu, Qùy Hợp. Đặc biệt thiếc sa khoáng ở Nghệ An với
trữ lượng khoảng 42.000 tấn (chiếm 30% trữ lượng thiếc cả nước) tập trung ở các
huyện Qùy Hợp, Quế Phong...[23]

Hình 1.2. Sự phân bố khống sản ở tỉnh Nghệ An
Hình 1.2 thể hiện sự phân bố của một số mỏ khoáng sản lớn ở tỉnh Nghệ An.
Dữ liệu dược biên tập theo bản đồ địa chất và khoáng sản tỷ lệ 1:200.000 của Tổng


8

cục Địa Chất và Khoáng Sản Việt Nam.Trong những năm qua, việc khai thác
khoáng sản đã được cơ quan chức năng Nghệ An chú ý đầu tư và quản lý. Do vậy
sản lượng khai thác liên tục tăng. Nếu như năm 2000, tỷ trọng của ngành cơng
nghiệp khai khống của tỉnh mới đạt 5,66%, thì đến những năm gần đây đã đạt gần
7%. Trong những năm qua, công nghiệp khai khống ở Nghệ An đã có những đóng
góp to lớn trong phát triển kinh tế - xã hội của địa phương, là một động lực quan
trọng để tỉnh tiếp tục đẩy mạnh cơng nghiệp hóa - hiện đại hóa trong thời gian tới.
Mặc dù vậy, bên cạnh sự phát triển tích cực, q trình quản lý, khai thác TNKS ở
Nghệ An trong thời gian gần đây cũng đã bộc lộ nhiều mặt hạn chế như:
-

Tình trạng chính quyền một số địa phương cịn bng lỏng trong cơng tác

quản lý nên để xảy ra tình trạng khống sản bị khai thác bừa bãi, trái phép.
- CSDL tài nguyên khoáng sản Nghệ An nhiều bao gồm các bản đồ giấy, các
văn bản, quyết định, giấy phép thăm dò, điều tra, khai thác và chế biến khoáng sản
cũng như các dữ liệu về kết quả điều tra, thăm dò nhưng lại lưu trữ ở nhiều cơ quan
khác nhau, không tập trung. Điều này dẫn đến việc tìm kiếm thơng tin của doanh

nghiệp, khách hàng hay người sử dụng mất nhiều thời gian hoặc khó tiếp cận.
Do vậy, việc xây dựng CSDL tài nguyên khống sản thống nhất nhằm tích hợp
trong một hệ thống quản lý chung để có thể truy cập thơng tin nhanh, hiệu quả là hết
sức cần thiết.
1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước
Ngày nay, với sự phát triển của các kỹ thuật xử lý, phân tích dữ liệu không gian
như viễn thám và GIS, kết hợp với các nền tảng WebGIS mở đã thúc đẩy mạnh mẽ
q trình xây dựng, chuẩn hóa, kết nối đồng bộ CSDL, nhằm hỗ trợ các công tác
quản lý nhà nước, nghiên cứu khoa học được hiệu quả hơn trong nhiều lĩnh vực như
quản lý TNKS, tài nguyên rừng, quy hoạch đơ thị... Có nhiều nhà khoa học đã
nghiên cứu, ứng dụng các kỹ thuật xử lý dữ liệu không gian trong xây dựng CSDL
tài nguyên khoáng sản, địa chất và kết hợp các nền tảng WebGIS mở nhằm quản lý
các nguồn tài nguyên này một cách hiệu quả hơn.