BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT PHẠM THỊ HUỆ NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS PHỤC VỤ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG KHU VỰC BỂ THAN HÒN GAI - THÀNH PHỐ HẠ LONG - QUẢNG NINH Chuyên ngành: Kỹ thuật Trắc địa Mã số: 60.52.85 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Phạm Công Khải HÀ NỘI - 2010 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu kết trình bày luận văn xác, trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Hà Nội, ngày 20 tháng 09 năm 2010 Người cam đoan Phạm Thị Huệ MỤC LỤC Trang bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục chữ viết tắt Danh mục hình vẽ bảng biểu MỞ ĐẦU …1 Chương - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ ( GIS) 1.1 Lịch sử hình thành phát triển hệ thống thông tin địa lý (GIS).… 1.2 Định nghĩa GIS.………………………………………………………… 1.3 Cấu trúc hệ thông tin địa lý.…………………………………………… 1.3.1 Hệ thống phần cứng …………………………………………… 1.3.2 Hệ thống phần mềm.………………………………………………8 1.3.3 Cơ sở liệu ……………………………………………………12 1.3.4 Đội ngũ cán kỹ thuật ……………………………………… 13 1.4 Các chức GIS.……………………………………………… 13 1.4.1 Thu thập xử lý liệu.……………………………………… 13 1.4.2 Quản lý xây dựng sở liệu.…………………………… 13 1.4.3 Đo đạc, tính tốn phân tích khơng gian.…………………… 14 1.5 Tổng quan tình hình nghiên cứu, ứng dụng GIS xây dựng sở liệu môi trường …………………………………………………………… 15 1.5.1 Nghiên cứu giới.……………………………………….15 1.5.2 Tình hình nghiên cứu nước.……………………………17 Chương – CƠ SỞ DỮ LIỆU CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ GIS ……………………………………………………………………… 18 2.1 Khái niệm sở liệu GIS.………………………………………… 18 2.1.1 Khái niệm chung.……………………………………………… 18 2.1.2 Sự trừu tượng hóa liệu.……………………………………….20 2.1.3 Thể lược đồ CSDL.………………………………….21 2.1.4 Các mơ hình CSDL ……………………………………… 22 2.2 Cấu trúc liệu GIS.……………………………………………………23 2.2.1 Cơ sở liệu không gian.……………………………………… 24 2.2.2 Cơ sở liệu thuộc tính.…………………………………………32 2.2.3 Mối liên kết liệu………………………………………………33 2.3 Tổ chức sở liệu GIS………………………………………………34 2.3.1 Khái niệm……………………………………………………… 34 2.3.2 Tổ chức liệu không gian…………………………………… 36 2.3.3 Tổ chức liệu thuộc tính……………………………………….37 2.4 Chuẩn liệu GIS (Data satandards)………………………………… 38 2.5 Các phương pháp xây dựng sở liệu GIS………………………….41 2.6 Quy trình xây dựng sở liệu GIS.…………………………………41 Chương - QUÁ TRÌNH KHAI THÁC MỎ Ở BỂ THAN HÒN GAI VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NĨ ĐỐI VỚI SỰ BIẾN ĐỘNG TÀI NGUN MƠI TRƯỜNG KHU VỰC…………………………………………………… 44 3.1 Hiện trạng khai thác hầm lò bể than Hòn Gai………………………44 3.2 Hiện trạng khai thác lộ thiên bể than Hòn Gai 47 3.3 Sự ảnh hưởng trình khai thác than đến môi trường khu vực .52 Chương – XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS PHỤC VỤ QUẢN LÝ MƠI TRƯỜNG BỂ THAN HỊN GAI – THÀNH PHỐ HẠ LONG, QUẢNG NINH .55 4.1 Vị trí địa lý bể than Hòn Gai 55 4.2 Đặc điểm điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội bể than Hòn Gai .55 4.2.1 Điều kiện tự nhiên 55 4.2.2 Kinh tế xã hội bể than Hòn Gai 58 4.3 Hiện trạng mơi trường tình hình quản lý mơi trường khu vực bể than Hịn Gai 58 4.3.1 Hiện trạng ô nhiễm môi trường nước 58 4.3.2 Hiện trạng tài nguyên đất, tài nguyên rừng, tài nguyên sinh vật hệ sinh thái .60 4.3.3 Hiện trạng mơi trường khơng khí 61 4.3.4 Phương hướng, giải pháp tổng thể giải vấn đề mơi trường q trình khai thác than khu vực .62 4.3.5 Giải pháp kỹ thuật nhằm giảm thiểu bảo vệ môi trường cho khu vực khai thác than vùng Hòn Gai… 70 4.4 Xây dựng sở liệu GIS môi trường bể than Hòn Gai .77 4.5 CSDL Thơng tin địa hình: CSDL_Nen… 77 4.6 CSDL Hiện trạng 86 4.6.1 Cơ sở thiết kế… 86 4.6.2 Nguồn liệu 87 4.6.3 Thiết kế Geodatabase 87 4.6.4 Các ràng buộc tồn vẹn liệu khơng gian (quan hệ topology)… 87 4.6.5 Nhập liệu thuộc tính .88 4.7 CSDL Ô nhiễm môi trường 91 4.7.1 Cơ sở thiết kế .91 4.7.2 Nguồn liệu 91 4.7.3 Thiết kế Geodatabase… .91 4.7.4 Các ràng buộc toàn vẹn liệu không gian (quan hệ Topology) 92 4.7.5 Nhập liệu thuộc tính .92 4.8 Kết xây dựng CSDL khu vực Hòn Gai 100 4.9 Phát triển ứng dụng GIS .101 4.9.1 Đo đạc, truy vấn phân nhóm khơng gian… 102 4.9.2 Chồng xếp không gian… 104 4.9.3 Phân tích liền kề 105 4.9.4 Phân tích không gian 106 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO 110 PHỤ LỤC 111 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT GIS Geography Information System CSDL Cơ sở liệu Topology Mối quan hệ không gian đối tượng SQL Truy vấn cấu trúc dùng để truy cập CSDL HTKT Hệ thống khai thác BOD5 Dùng vi khuẩn để ôxy hóa chất hữu có nước vịng ngày COD Ơxy hóa chất hữu có nước phương pháp hóa học TL Taluy tầng khai thác QCTCVN Quy chuẩn tiêu chuẩn Việt Nam DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Hình 1.1 Phân tích chồng xếp liệu 15 Hình 2.1 Cấu trúc Hệ sở liệu .20 Hình 2.2 Sơ đồ tổng quát hệ sở liệu 21 Hình 2.3 Các mơ hình liệu 23 Hình 2.4 Minh họa thơng tin Raster 26 Hình 2.5 Bản đồ hiển thị thuộc tính dạng Raster 27 Hình 2.6 Cấu trúc Vector dạng điểm 28 Hình 2.7 Biểu diễn thơng tin dạng đường theo cấu trúc Vector 29 Hình 2.8 Sơ đồ liên kết thông tin chung hai vùng 30 Hình 2.9 Liên kết liệu khơng gian thuộc tính .33 Hình 2.10 Cấu trúc liệu GIS 34 Hình 2.11 Dữ liệu GIS 36 Hình 2.12 Tổ chức lớp đồ .37 Hình 2.13 Mơ hình liệu quan hệ .38 Hình 2.14 Quy trình xây dựng sở liệu 42 Hình 4.2 Cơ sở liệu bể than Hòn Gai 77 Hình 4.3 Cấu trúc CSDL_NEN 101 Hình 4.4 Cấu trúc CSDL_HT, cấu trúc CSDL_ON .101 Hình 4.5 Kết tìm điểm quan sát có nồng độ khí CO đo đợt lớn 102 Hình 4.6 Kết tìm nhà máy có diện tích lớn 200000 m2 103 Hình 4.7 Các điểm đo độ ồn khu dân cư bể than Hịn Gai 104 Hình 4.8 Kết chồng xếp lớp liệu 105 Hình 4.9 Kết vùng dân cư mà điểm ô nhiễm chất lượng đất ảnh hưởng vịng bán kính 500 m 106 Hình 4.10 Kết đánh giá mức độ ảnh hưởng độ ồn 107 Bảng 4.1 Một số tiêu tổng hợp chất lượng nước khu vực Hòn Gai .59 Bảng 4.2 Giải pháp kỹ thuật nhằm giảm thiểu bảo vệ môi trường cho khu vực khai thác than vùng Hòn Gai 70 Bảng 4.3 Phân loại lớp thông tin 79 Bảng 4.4 Mối quan hệ Topology đối tượng CSDL thơng tin địa hình 80 Bảng 4.5 Mối quan hệ Topology đối tượng CSDL trạng 87 Bảng 4.6 Mối quan hệ Topology đối tượng CSDL ô nhiễm môi trường 92 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Ngày giới bùng nổ dân số, cơng nghệ hố việc khai thác tài nguyên thiên nhiên cách mức thải môi trường lượng lớn chất thải làm cho môi trường sống trái đất cân sinh thái Do vấn đề nhiễm mơi trường vấn đề quan tâm toàn nhân loại Các nguồn tài nguyên thiên nhiên cạn kiệt, ô nhiễm nguồn nước, khơng khí, nhiễm đất vv… gây tình trạng lũ lụt, lở đất, hạn hán tồn giới Để giải tình trạng nhiễm mơi trường địi hỏi phải có quan tâm mức ngành khoa học, nhà quản lý, quốc gia giới Hiện với phát triển mạnh mẽ công nghệ thông tin, đặc biệt lĩnh vực thu nhận xử lý số liệu, việc tích hợp liệu viễn thám (Remote Sensing-RS), hệ thống định vị toàn cầu (Global Possitioning System – GPS), hệ thống thông tin địa lý (GIS) gọi tắt 3S áp dụng nhiều lĩnh vực nghiên cứu tài nguyên môi trường, nghiên cứu tai biến, thiên tai vv… Bể than Hịn Gai có vị trí đặc biệt quan trọng, thủ phủ tỉnh Quảng Ninh, với diện tích đất tự nhiên là: 271,95km2 (báo cáo kiểm kê diện đất đai năm 2009 - TP Hạ Long), nằm Tây Bắc vịnh Bắc Bộ, trục đường quốc lộ 18A, cách 165 km phía Tây theo quốc lộ 18A, cách trung tâm thành phố Hải Phòng 70km phía Tây Nam theo quốc lộ 10, cách cửa quốc tế Móng Cái 180km theo quốc lộ 18A cách thị xã Cẩm Phả 30km Để phát triển bền vững bể than Hòn Gai theo định hướng phát triển dịch vụ du lịch công nghiệp khai thác, đưa thành phố Hạ Long trở thành trung tâm công nghiệp du lịch sinh thái biển, vấn đề quản lý mơi trường 106 Ví dụ: tìm vùng dân cư mà điểm nhiễm chất lượng đất ảnh hưởng vịng bán kính 500m - Vào ArcToolbox dùng công cụ Buffer Analyst Tool để tạo vùng đệm cho điểm ô nhiễm - Sử dụng công cụ lựa chọn theo quan hệ không gian Khu dân cư vùng đệm điểm ô nhiễm để tìm vùng bị ảnh hưởng Các khu dân cư bị ảnh hưởng có viền màu xanh, hình (4.9) Hình 4.9: Kết vùng dân cư mà điểm ô nhiễm chất lượng đất ảnh hưởng vòng bán kính 500m, ( hình 4.9) 4.9.4 Phân tích khơng gian Ví dụ: đánh giá mức độ ảnh hưởng độ ồn Lấy công cụ spatial analyst > Interpolate to Raster > Inverse distance weighted để tính mức độ ồn dựa vào điểm quan sát 107 Hình 4.10: Kết đánh giá mức độ ảnh hưởng độ ồn Có nhiều ứng dụng khai thác từ CSDL mơi trường bể than Hịn Gai Tuy nhiên luận văn thạc sỹ học viên nêu số khả phân tích 108 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I Kết luận Đề tài xây dựng sở liệu mơi trường bể than Hịn Gai dựa chuyển đổi liệu từ phần mềm AutoCad sang phần mềm ArcGis tài liệu thu thập ô nhiễm môi trường bể than Hòn Gai Dữ liệu sau chuyển đổi tổ chức xếp lại GeoDatabase hệ tổ chức liệu khoa ahọc chuẩn giới theo tổ chức liệu GIS CSDL bể than Hòn Gai bao gồm Geodatabase: CSDL_nen, CSDL_HT, CSDL_ONhiem CSDL bể than Hòn Gai xây dựng dựa vào chuẩn: chuẩn định dạng liệu, chuẩn Project, chuẩn Topology chuẩn liệu thuộc tính GIS cung cấp kịp thời thông tin quan trọng biến đổi thành phần tài nguyên môi trường, với phép phân tích trội phần mềm khác, CSDL mơi trường cịn giúp ích cho nhà quản lý, người dân, người sử dụng để đánh giá tác động môi trường xác định nhà máy chưa đạt tiêu chuẩn mức độ ô nhiễm, ảnh hưởng điểm ô nhiễm tới vùng lân cận, xác định tiêu ô nhiễm tiêu chuẩn cho phép Dựa vào kết để đưa tiêu chí phù hợp nhằm đạt mục tiêu phát triển bền vững Trên sở liệu môi trường xây dựng đề tài cung cấp số chức khác chức chiết xuất, trình bày liệu, tạo báo cáo đưa giải pháp tối ưu II Kiến nghị Do thời gian có hạn nên đề tài xây dựng CSDL môi trường cho bể than Hịn Gai Vì để nghiên cứu tồn diện đầy đủ cần có đầu tư tiếp để tiến hành cho toàn vùng than Quảng Ninh 109 Trong CSDL mơi trường bể than Hịn Gai CSDL_ON xây dựng liệu ô nhiễm dạng điểm dựa vào vị trí điểm lấy mẫu nguồn gây ô nhiễm mức độ khái quát Vì cần tiếp tục nghiên cứu mức độ ô nhiễm vùng gây ô nhiễm, số ô nhiễm Để thực mục tiêu ngăn chặn hoàn toàn mức độ gia tăng nhiễm cho bể than Hịn Gai trước mắt phải giám sát chặt chẽ nguồn thải gây ô nhiễm, thực nghiêm túc việc đánh giá tác động môi trường Về lâu dài với việc tăng hiệu lực quản lý nhà nước phải tính đến xã hội hố nhiệm vụ bảo vệ mơi trường, đa dạng hố nguồn đầu tư, có chế khuyến khích tham gia khắc phục, xử lý ô nhiễm khu vực nghiên cứu CSDL mơi trường cần tích hợp thêm nhiều liệu tài liệu ảnh viễn thám với nhiều ưu không gian tính đa thời gian, loại đồ chuyên đề đồ trạng sử dụng đất, đồ địa chất, đồ nhạy cảm môi trường tài liệu ô nhiễm v.v để đưa đánh giá tác động môi trường cách đầy đủ, xác đồng bộ, phục vụ tốt công tác nghiên cứu đánh giá tác động môi trường 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Quốc Bình (2004) Bài giảng ESRI ARCGIS 8.1, Trường Đại học quốc gia Hà Nội Trần Quốc Bình (2009) Bài giảng ESRI ARCGIS 9.2, Trường Đại học quốc gia Hà Nội Công ty TNHH Tin học CK (2008), Chương trình đào tạo GIS cho người xây dựng liệu địa lý Phân viện báo chí tuyên truyền (2004), Lý luận phương pháp nghiên cứu khoa học Võ Chí Mỹ (2005), Kỹ thuật mơi trường, nhà xuất giao thông vận tải Nguyễn Ngọc Thạch ( chủ biên), Viễn thám GIS nghiên cứu tài nguyên môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc Gia, Hà Nội Tập đồn cơng nghiệp than – khống sản Việt Nam (2009), Quy hoạch phát triển than vùng Hòn Gai đến năm 2015 có xét triển vọng đến năm 2025 http://www.moit.gov.vn http://www.google.vn 111 PHỤ LỤC ( Những kết sở liệu mơi trường bể than Hịn Gai) CSDL THƠNG TIN ĐỊA HÌNH Hình 1: Lớp thơng tin thuỷ hệ vùng thực nghiệm * Thực vật Hình 2: Lớp thơng tin thuỷ hệ vùng thực nghiệm Hình 3: Lớp thơng tin giao thơng vùng thực nghiệm Hình 4: Lớp thơng tin dân cư vùng thực nghiệm Hình 5: Lớp thơng tin địa hình vùng thực nghiệm CSDL HIỆN TRẠNG Hình 6: Lớp thơng tin trạng vùng thực nghiệm Hình 7: Lớp thơng tin trạng mỏ vùng thực nghiệm CƠ SỞ DỮ LIÊU Ô NHIỄM MƠI TRƯỜNG Hình 8: Lớp thơng tin mơi trường khơng khí vùng thực nghiệm Hình 9: Lớp thơng tin nguồn gây ô nhiễm vùng thực nghiệm Chuyên ngành: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA Mã số: 60.52.85 ... thác mỏ bể than Hịn Gai ảnh hưởng biến động tài nguyên môi trường khu vực · Chương 4: Xây dựng sở liệu GIS môi trường phục vụ quản lý mơi trường bể than Hịn Gai – thành phố Hạ Long – Quảng Ninh. .. tiết sở liệu GIS - Quá trình khai thác than ảnh hưởng biến động tài nguyên môi trường khu vực nghiên cứu - Xây dựng sở liệu địa hình - Xác định chuyên đề môi trường - Xây dựng sở liệu GIS môi trường. .. VỤ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG BỂ THAN HÒN GAI – THÀNH PHỐ HẠ LONG, QUẢNG NINH .55 4.1 Vị trí địa lý bể than Hòn Gai 55 4.2 Đặc điểm điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội bể than Hòn Gai