Bộ giáo dục đào tạo trờng đại học mỏ - địa chất Trần anh đồng c Mỏ - địa chất xây dụng sở liệu gis phục vụ quản lý quy hoạch sử dụng tài nguyên đất quân đội Chuyên ngành: Kỹ thuật trắc địa Mà số: 60.52.85 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Ngời hớng dẫn khoa học TS Trần Đình Trí Hà Nội - 2010 ii Bộ giáo dục đào tạo trờng đại học mỏ - địa chất Trần anh đồngc Mỏ - địa chất xây dụng sở liệu gis phục vụ quản lý quy hoạch sử dụng tài nguyên đất quân đội Chuyên ngành: Kỹ thuật trắc địa Mà số: 60.52.85 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Ngời hớng dẫn khoa học PGS.TS Trần Đình Trí Hà Nội - 2010 iii Lời cam đoan Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả luận văn Trần Anh Đồng iv MỤC LỤC Trang phơ b×a Trang Lời cam đoan iii Mục lục .iv Danh mục ký hiệu chữ viết tắt vii Danh mục bảng ix Danh mục hình vẽ x Mở đầu Chương 1-TỔNG QUAN VỀ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ GIS 1.1 Tổng quan sở liệu tài nguyên đất 1.2 Khái quát hệ thống thông tin địa lý (GIS) 1.2.1 Định nghĩa 1.2.2 Các thành phần Hệ thống thông tin địa lý .10 1.2.3 Các chức .11 1.2.4 Giới thiệu số phần mềm GIS .14 1.3 Mơ hình sở liệu hệ thống thông tin tài nguyên đất 17 1.3.1 Thông tin đầu vào .17 1.3.2 Xử lý liệu 18 1.3.3 Thông tin đầu 19 1.3.4 Kỹ thuật GIS phân tích xử lý liệu 19 1.4 Tổng quan tình hình ứng dụng GIS xây dựng sở liệu tài nguyên đất 20 1.4.1 Tình hình ứng dụng giới 20 1.4.2 Tình hình ứng dụng Việt Nam .21 Chương 2-CƠ SỞ DỮ LIỆU CỦA HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) .23 2.1 Khái quát sở liệu 23 2.1.1 Khái niệm sở liệu 23 2.1.2 Hệ quản trị sở liệu hệ thống sở liệu .24 2.1.3 Môi trường sở liệu 25 2.1.4 Mơ hình sở liệu .28 v 2.2 Phương pháp xây dựng sở liệu .32 2.2.1 Xây dựng sở liệu theo mô hình tệp .32 2.2.2 Xây dựng CSDL theo mơ hình quan hệ đối tượng công nghệ ArcGIS 33 2.2.3 Xây dựng CSDL theo mơ hình quan hệ đối tượng nguồn mở PostGIS/PostgreSQL .34 2.3 Khái niệm chuẩn thông tin địa lý sở quốc gia 34 2.3.1 Mơ hình cấu trúc liệu 34 2.3.2 Mơ hình khái niệm liệu khơng gian 38 2.3.3 Mơ hình khái niệm liệu thời gian 40 2.3.4 Mơ hình khái niệm danh mục đối tượng 41 2.3.5 Hệ quy chiếu, hệ toạ độ 42 2.3.6 Siêu liệu sở .44 2.3.7 Tiêu chí đánh giá chất lượng sở liệu 45 2.3.8 Quy chuẩn trình bày liệu địa lý 45 2.3.9 Lược đồ ứng dụng UML, quy tắc xây dựng chuyển đổi .46 Chương 3-XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS ĐẤT QUỐC PHÒNG PHỤC VỤ QUẢN LÝ, QUY HOẠCH SỬ DỤNG ĐẤT TRONG QUÂN ĐỘI .48 3.1 Yêu cầu CSDL quản lý đất quân đội 48 3.1.1 Đối tượng sở liệu quản lý đất quốc phòng 49 3.1.2 Các liệu tích hợp CSDL đất quốc phịng 52 3.2 Quy trình cơng nghệ 52 3.2.1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ 52 3.2.2 Giải thích sơ đồ quy trình cơng nghệ .54 3.3 Giải pháp kỹ thuật 55 3.3.1 Đo đạc, số hóa thơng tin khơng gian, thu thập thơng tin thuộc tính .55 3.3.2 Biên tập, chuẩn hóa đồ trạng, đồ trích đo 60 3.3.3 Giải pháp sử dụng công nghệ GIS xây dựng CSDL 62 Chương 4-THỬ NGHIỆM XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS PHỤC VỤ QUẢN LÝ QUY HOẠCH SỬ DỤNG TÀI NGUYÊN ĐẤT TRONG QUÂN ĐỘI 76 4.1 Yêu cầu nhiệm vụ .76 4.1.1 Yêu cầu .76 4.1.2 Nhiệm vụ 76 vi 4.2 Đặc điểm khu vực thi công 77 4.2.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên 77 4.2.2 Tình hình quản lý đất quân đội địa bàn Hà Tĩnh .79 4.3 Đối tượng nội dung cập nhật thông tin 80 4.3.1 Đối tượng cập nhật thông tin 80 4.3.2 Nội dung cập nhật thông tin .80 4.4 Xây dựng sở liệu 81 4.4.1 Tình hình tư liệu .81 4.4.2 Cơ sở toán học 82 4.4.3 Thiết kế sở liệu .83 4.4.4 Quản trị khai thác hệ thống sở liệu 98 4.5 Kết thử nghiệm 101 4.6 Đánh giá hiệu 101 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .102 PHỤ LỤC 105 vii DANH MỤC CC Kí HIU CH VIT TT CSDL Cơ sở liệu ArcSDE GDB ArcSDE Geodatabase: CSDL không gian địa lý dạng quan hệ đa ngời dùng có khả lu trữ liệu địa lý lớn, có sử dụng hệ quản trị quản trị CSDL nh Oracle 10g hay SQL Server BIL Band Interleaved by Line: Khuôn dạng ghi t liệu viễn thám; thông tin lu trữ trình tự theo dòng quét CAD Computer Aided Design: Máy tính trợ giúp thiết kế FGDB File Geodatabase: CSDL không gian địa lý theo tệp đợc dùng ArcGIS, có khả lu trữ liệu lớn tối đa 1TB DGN Định dạng tệp đồ họa phần mềm MicroStation ECW Định dạng tệp nén ảnh; giải pháp giảm dung lợng tệp ảnh lớn mà bảo toàn thông tin độ nét hình ảnh GIS Geographic Information System: Hệ thống thông tin địa lý GML Geography Markup Language: Ngôn ngữ đánh dấu địa lý dùng để mà hóa trao đổi liệu địa lý GDB Geodatabase: CSDL không gian địa lý su tập tập liệu địa lý đợc lu trữ theo loại sau: th− mơc c¸c file hƯ thèng hay CSDL Access, hay CSDL ®a ng−êi dïng nh− SQL Server, Oracle, DB2 GPS Global Positioning System: Hệ thống định vị toàn cầu HTML HyperText Markup Language: Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn đợc dùng để thiết kế trang Web ISO International Standard Organization - Tỉ chøc tiªu chn qc tÕ LAN Local Area Network: M¹ng néi bé LSC Least Square Collocation - Phơng pháp nội suy MDL MicroStation Development Language: Ngôn ngữ lập trình phát triển cho phần mềm MicroStation Metadata Siêu liệu viii OGC Open GIS Consortium - HiƯp héi GIS më, mét tỉ chøc bao gåm c¸c công ty, trờng đại học, viện nghiên cứu lập để thiết lập chuẩn phục vụ trao đổi liệu địa lý PC Personal Computer: Máy tính cá nhân PGDB Personal Geodatabase: CSDL không gian địa lý đơn lẻ đợc xây dựng cho ngời dùng sử dụng CSDL Access với dung lợng tối đa không 2GB RS Remote Sensing: Công nghệ Viễn thám SHP Chuẩn khuôn dạng tệp đồ họa phần mềm ArcGIS SQL Structured Query Language: Ngôn ngữ truy vấn cấu trúc ®−ỵc dïng ®Ĩ truy cËp CSDL TC 211 Technical Committee 211: Uỷ ban chuẩn hóa thông tin địa lý thuộc tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế, ban hành tiªu chn mang m· hiƯu ISO - 19100 Topology Tht ngữ đợc sử dụng để mối quan hệ không gian đối tợng địa lý UML Unified Modeling Language: Ngôn ngôn ngữ mô hình hóa thống dùng để thiết kế XML Extensible Markup Language: Ngôn ngữ đánh dấu mở rộng để xây dựng trang HTML ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Các loại hệ trục sở tương ứng với hệ toạ độ 43 Bảng 3.1: Bảng qui định nhóm lớp thơng tin 61 Bảng 3.2: Kinh tuyến trục Tỉnh, Thành phố trực thuộc Trung ương 73 Bảng 4.1: Tư liệu ảnh hàng không tỉnh Hà Tĩnh 81 Bảng 4.2: Mối quan hệ liệu hệ thống CSDL thuộc tính 96 Bảng 4.3 Các tiêu chí đánh giá chất lượng liệu 97 Bảng 4.4 Quản trị hệ thống 100 x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 GIS, GPS viễn thám với công nghệ thành lập đồ số .8 Hình 1.2 Cấu trúc Hệ thống thơng tin địa lý .11 Hình 1.3 Phương pháp ứng dụng GIS 13 Hình 2.1 Các trạm kết nối máy tính tập trung 26 Hình 2.2 Truy cập liệu môi trường Chủ/khách 27 Hình 2.3 Truy cập liệu mơi trường khách chủ 28 Hình 2.4 Quá trình xử lý liệu mơ hình CSDL tệp 28 Hình 2.5 Mơ hình sở liệu phân cấp 29 Hình 2.6 Mơ hình sở liệu mạng .30 Hình 2.7 Mơ hình sở liệu quan hệ 30 Hình 2.8 So sánh mơ hình cấu trúc quan hệ hướng đối tượng 31 Hình 2.9 Mơ hình địa lý tổng qt 37 Hình 2.10 Hai gói UML .38 Hình 2.11 Mơ hình khái niệm khơng gian hình học 39 Hình 2.12 Mơ hình mơ tả gói UML mơ hình 39 khái niệm khơng gian hình học 39 Hình 2.13 Mơ hình khái niệm khơng gian Topo 39 Hình 2.14 Mơ hình mơ tả lớp UML mơ hình 40 khái niệm không gian Topo .40 Hình 2.15 Mơ hình khái niệm thời gian 40 Hình 2.16 Mơ hình mơ tả đối tượng hình học khơng gian 41 Hình 2.17 Mơ hình mơ tả đối tượng Topo thời gian 41 Hình 2.18 Mơ hình khái niệm củ mơ hình hệ quy chiếu toạ độ .43 Hình 2.19 Phương pháp đánh giá chất lượng liệu địa lý 45 Hình 2.20 Mơ hình khái niệm lược đồ trình bày liệu địa lý .45 Hình 3.1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ xây dựng CSDL quản lý đất quốc phòng 53 Hình 3.2 Quy trình tạo đồ từ sở liệu 54 Hình 3.3 Quy trình thành lập đồ địa chính, đồ trạng sử dụng đất 55 Hình 3.4 Định nghĩa chuẩn lớp thông tin 61 Hình 3.5 Kiểm tra thuộc tính đối tượng đồ .62 99 * Lựa chọn giải pháp Sử dụng phần mềm ArcSDE GDB, cho phép sử dụng với sản phẩm khác ESRI ArcGIS Desktop ArcIMS ứng dụng người dùng tạo để lưu trữ, sử dụng quản trị tất liệu GIS trong hệ quản trị DBMS Oracle,… Ngoài ra, ArcSDE GDB cho phép lưu trữ liệu GIS CSDL tập trung hỗ trợ đa người dùng truy xuất thời điểm cần thiết cho hầu hết quy trình quản lý liệu GIS Đối với nhiệm vụ xây dựng CSDL quản lý đất quốc phịng, có chứa lượng lớn loại liệu có số lượng lớn người sử dụng (bao gồm đơn vị trực thuộc Cục Bản đồ/BTTM, Ban đồ, quân binh chủng…), nên phải lựa chọn giải pháp ArcGIS Server Enterprise Bởi giải pháp dành cho nhóm lớn Trước hết, để tạo AGDB mang quyền với ArcGIS Desktop ArcGIS Server Workgroup (ASW) phải cài đặt SQL Server Express (SSE) ArcGIS Desktop (AD) Việc cài đặt SSE thực với ứng dụng mức ArcEditor hay ArcInfo AD hay ASW Với quyền AGDB cho ASE phần mềm DBMS ArcSDE phải cài đặt Cấu hình DBMS: DBMS kho chứa liệu Cần thiết phải tạo lập kho chứa CSDL Và với AGDB ASE cần phải cấu hình lại CSDL Cấu hình người sử dụng: để điều khiển truy xuất tới GDB, phải tạo lập người sử dụng với quyền hạn xác định Tạo nối kết tới GDB: để làm việc với liệu, phải nối kết tới GDB từ ứng dụng khách Các nối kết tạo trực tiếp bên khách (client) CSDL bên khách, dịch vụ ArcSDE CSDL Bảo trì GDB: Dữ liệu GDB thay đổi, người quản trị DBA cần phải thực tác vụ nén CSDL, cập nhật thống kê, lưu hệ thống, 100 thủ tục khôi phục liệu, chọn vị trí lưu trữ để trì khả hoạt động CSDL Tinh chỉnh GDB: Các xác lập DBMS chọn lựa để nâng cao khả nằng tận dụng nhớ, giảm tài nguyên chiếm dụng nâng cao khả biểu diễn GDB Làm thích hợp điều chuyển GDB: Một số người dùng, liệu GIS phức tạp hơn, số lượng lớn làm cho hệ thống phải hiệu chỉnh, thay đổi thành GDB lớn * Phân cấp người dùng Phân cấp người sử dụng tuân theo quy tắc liệt kê bảng 4.4: Bảng 4.4 Quản trị hệ thống STT Tác vụ Quản trị cấu trúc vật lý CSDL GDB Quản trị thành phần xây dựng CSDL logic Quản trị ngời dùng phân quyền truy xuÊt: * Cho phÐp truy cËp CSDL • Nhân viên Quản trị CSDL Quản trị GIS Quản trị CSDL Cho phép truy cập đến đối tợng Sao lu khôi phục CSDL Quản trị CSDL Thay đổi, chỉnh sưa thĨ hiƯn cđa hƯ thèng * Cđa CSDL ã Quản trị CSDL Của quy trình GIS Cấp phát liệu Quản trị GIS Các thông kê cập nhật nén GDB Quản trị GIS 4.4.4.2 Khai thác liệu Việc tra cứu liệu sử dụng công cụ truy vấn ngôn ngữ truy vấn 101 SQL ArcMap lập trình ngôn ngữ C# để tạo giao diện cho dịch vụ tra cứu Web mạng LAN thông qua ArcGIS Server 4.5 Kết thử nghiệm Sản phẩm trình thử nghiệm xây dựng hệ thống CSDL phục vụ quy hoạch, quản lý sử dụng đất quốc phịng gồm: - Chuẩn hóa cập nhật liệu vào hệ thống, bao gồm liệu địa hình trạng 102 điểm đất quốc phòng địa bàn tỉnh Hà Tĩnh - Tạo thiết kế lược đồ mơ hình CSDL địa hình theo chuẩn nhóm lớp đối tượng địa lý Visio 4.6 Đánh giá hiệu Hệ thống CSDL phục vụ quy hoạch, quản lý sử dụng đất quốc phòng đạt số tính sau: - CSDL thiết kế theo quy chuẩn quốc gia xây dựng CSDL địa lý ban hành năm 2007; đồng thời phù hợp với hệ thống CSDL địa lý quân 1/50.000 Tạo CSDL đất quốc phòng phục vụ quy hoạch, quản lý sử dụng đất quân đội, đáp ứng cho nhiệm vụ huấn luyện, sẵn sàng chiến đấu, cho khả khai thác phục vụ mục quân khác 102 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Xây dựng sở liệu đồ phục vụ qui hoạch, quản lý sử dụng đất quốc phòng” cần thiết cấp bách Góp phần hồn thành kế hoạch nhà nước cấp giấy chứng nhận quyền sử dụng đất (GCNQSDĐ), hoàn thiện điều kiện đưa Luất đất đai vào sống, đảm bảo yếu tố pháp lý bảo hộ đất quốc phòng đáp ứng yêu cầu quản lý sử dụng đất quân đội giai đoạn mới, phù hợp với yêu cầu chung qui bước đại Hệ thống sở liệu đất quốc phịng thống với hệ thống thơng tin đất đai theo yêu cầu quản lý nhà nước, đồng thời đáp ứng yêu cầu sử dụng theo đặc thù riêng quốc phòng Hệ thống sở liệu đồ đất quốc phịng với thơng tin đầy đủ cập nhật thường xuyên, kịp thời, tổ chức cách khoa học sở ứng thành tựu tiên tiến công nghệ thông tin, việc truy cập, tra cứu nhanh chóng, thuận tiện giúp cho quan quản lý qn đội có thơng tin xác đất quốc phịng có u cầu Điều có nghĩa làm giảm nguồn kinh phí cho đợt tổng kiểm kê đất đai, thực đồng hàng loạt việc lập hồ sơ thủ tục cấp GCNQSD cho điểm đất quốc phịng tốn kinh phí việc tiến hành đơn lẻ điểm, giảm chi phí thường xuyên cho việc đo vẽ trạng khu đất quốc phòng cần nghiên cứu, qui hoạch, giảm phần lớn cơng tìm kiếm tra cứu tư liệu liên quan đất quốc phòng cần thiết Đó hiệu kinh tế lớn Hệ thống sỡ liệu đất quốc phịng tạo bước đổi tồn diện quản lý đất quốc phịng, góp phần thực đường lối xây dựng quân đội qui, tinh nhuệ bước đại Bằng giải pháp ứng dụng công nghệ GIS ESRI kết hợp với công cụ thiết kế mơ hình hóa đối tượng UML Microsoft để xây dựng hệ thống CSDL phục vụ quy hoạch, quản lý sử dụng đất quốc phòng đổi nâng cao hiệu 103 công tác điều hành quản lý Hệ thống có khả cung cấp thơng tin nhanh chóng, xác giúp cho lãnh đạo huy định dựa công nghệ GIS Kết mà luận văn đạt là: Thử nghiệm xây dựng hệ thống CSDL phục vụ quy hoạch, quản lý sử dụng đất quốc phòng gồm dịch vụ tra cứu, tìm kiếm, khai thác thơng tin, đồ, với giao diện Web mạng nội quân đội hoạt động ổn định, nhanh chóng thuận tiện cho người dùng Kiến nghị Mở rộng nghiên cứu xây dựng CSDL phục vụ quy hoạch, quản lý sử dụng đất quốc phịng Cần tiếp tục nghiên cứu tiêu chuẩn hóa tiêu kiểm tra, đánh giá chất lượng cho sở liệu 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Nguyễn Kim Anh (2004), Nguyên lý hệ sở liệu, Nhà xuất Đại học quốc gia Hà Nội Ban Đề án 112 (2004), Giáo trình phân tích, thiết kế, xây dựng quản trị hệ thống sở liệu, Viện công nghệ thông tin, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Đặng Văn Đức (2001), Hệ thống thông tin địa lý GIS, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Trần Thị Băng Tâm, Lê Thị Giang (2005), giảng Hệ thống thông tin địa lý, Trường đại học Nông nghiệp I, Hà Nội Trần Thành Trai (2003), Phân tích thiết kế hệ thống thông tin quản lý, Nhà xuất Trẻ, Hà Nội Nguyễn Thế Thận (2002), Cơ sở hệ thống thông tin địa lý, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Văn Ba (2003), Phân tích thiết kế hệ thống thơng tin, Nhà xuất Đại học quốc gia, Hà Nội Nguyễn Ngọc Thạch, Nguyễn Tuấn Dũng, Nguyễn Mạnh Cường (2001), Viễn thám hệ thông tin địa lý ứng dụng, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội John R.Jensen (2000), Introductory Digital Image Processing a Remote Sensing Perspective 10 Thomas M.Lillesand Ralph W.Kiefer (2003), Remote Sensing and Image Interpretation, University of Wisconsin Madision 105 PHỤ LỤC 106 Phụ lục Menu hệ thống sở liệu đất quốc phòng Đăng nhập hệ thống 107 Phụ lục Form chuyển đổi liệu từ dạng *.dgn sang Geodatabase (mdb) 108 Phụ lục Form tra cứu điểm đất quốc phòng địa bàn tỉnh Hà Tĩnh 109 110 Phụ lục Form tra cứu điểm đất quốc phòng 111 Phụ lục Form tra cứu trạng sử dụng đất quốc phòng 112 Phụ lục Form tra cứu đồ trích đo địa điểm đất quốc phịng 113 Phụ lục Lập báo cáo tổng hợp tình trạng sử dụng đất ... dụng UML, quy tắc xây dựng chuyển đổi .46 Chương 3-XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS ĐẤT QUỐC PHÒNG PHỤC VỤ QUẢN LÝ, QUY HOẠCH SỬ DỤNG ĐẤT TRONG QUÂN ĐỘI .48 3.1 Yêu cầu CSDL quản lý đất quân đội ... Giải pháp sử dụng công nghệ GIS xây dựng CSDL 62 Chương 4-THỬ NGHIỆM XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS PHỤC VỤ QUẢN LÝ QUY HOẠCH SỬ DỤNG TÀI NGUYÊN ĐẤT TRONG QUÂN ĐỘI 76 4.1 Yêu cầu nhiệm vụ ... văn ? ?Xây dụng sở liệu GIS phục vụ quản lý quy hoạch, sử dụng tài nguyên đất quân đội? ?? mong muốn đưa giải pháp khoa học để quản trị thống toàn tư liệu quản lý đất đai công nghệ tin học, làm sở phát