ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Hoa Thúy Quỳnh XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐẶC ĐIỂM HẢI VĂN KHU VỰC VỊNH BẮC BỘ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Hoa Thúy Quỳnh XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐẶC ĐIỂM HẢI VĂN KHU VỰC VỊNH BẮC BỘ Chuyên ngành: Bản đồ viễn thám và GIS Mã số: 60442014 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch Hà Nội – Năm 2013 LỜI CẢM ƠN Để có được kết quả này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Địa lý – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã nhiệt tình giảng dạy và tạo mọi điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và làm luận văn. Do thời gian và trình độ còn hạn chế nên luận văn của em không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót, kính mong thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để luận văn cũng như kiến thức chuyên môn của em có thể hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 11 năm 2013 Học viên thực hiện Hoa Thúy Quỳnh MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 1. Lý do chọn đề tài 1 2. Mục tiêu của đề tài 2 3. Nội dung nghiên cứu 2 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 5. Phương pháp nghiên cứu 3 6. Tài liệu sử dụng 3 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3 8. Bố cục của luận văn 4 Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ CHUẨN CƠ SỞ DỮ LIỆU 5 1.1. Hệ thông tin địa lý (GIS) 5 1.1.1 Khái niệm 5 1.1.2 Chức năng cơ bản của GIS 9 1.1.3 Cơ sở dữ liệu (CSDL) trong GIS 11 1.1.4 Các kiểu dữ liệu 12 1.1.5 Các kiểu đối tượng không gian 16 1.2. Chuẩn CSDL quốc gia trong GIS 19 1.2.1 Khái niệm chuẩn CSDL 19 1.2.2 Thực trạng xây dựng chuẩn CSDL GIS trên thế giới và trong nước 19 Chƣơng 2. PHƢƠNG PHÁP LUẬN XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM HẢI VĂN TRÊN BIỂN 24 2.1. Thực trạng và nhu cầu quản lý, khai thác thông tin đặc điểm hải văn trên biển 24 2.1.1 Thực trạng quản lý và khai thác thông tin 24 2.1.2 Nhu cầu quản lý và khai thác thông tin 26 2.2. Đề xuất phương pháp luận tối ưu xây dựng CSDL phục vụ nghiên cứu các đặc điểm hải văn trên biển 26 2.2.1 Đề xuất phương pháp xây dựng CSDL 26 2.2.2 Lựa chọn phần mềm ứng dụng 27 2.2.3 Quy trình công nghệ xây dựng CSDL 29 2.2.4 Thiết kế nội dung và cấu trúc cơ sở dữ liệu 32 2.2.4.1 Ranh giới 34 2.2.4.2 Dữ liệu nền 35 2.2.4.3 Nhóm dữ liệu về nhiệt độ nước biển, độ mặn nước biển, sóng biển và mực nước biển 35 Chƣơng 3. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ BẢN ĐỒ ĐẶC ĐIỂM HẢI VĂN VỊNH BẮC BỘ 37 3.1. Giới thiệu chung về vịnh Bắc Bộ 37 3.1.1 Lịch sử nghiên cứu 37 3.1.2 Khái quát điều kiện tự nhiên, tài nguyên thiên nhiên khu vực vịnh Bắc Bộ 38 3.2. Cơ sở dữ liệu bản đồ số phục vụ nghiên cứu đặc điểm hải văn Vịnh Bắc Bộ 46 3.2.1 Hệ quy chiếu 46 3.2.2 Thiết kế cấu trúc các trường thông tin 47 3.2.2.1 Ranh giới 47 3.2.2.2 Dữ liệu nền 47 3.2.2.3 Dữ liệu về nhiệt độ nước biển, độ mặn nước biển, sóng biển và mực nước biển 50 3.3. Kết quả xây dựng cơ sở dữ liệu trong phần mềm Arcgis 51 3.3.1 Lớp thông tin nền 52 3.3.2 Lớp thông tin ranh giới 54 3.3.3 Lớp thông tin về nhiệt độ nước biển, độ mặn nước biển, sóng biển và mực nước biển 59 3.3.4 Thành lập bản đồ số về nhiệt độ nước biển, độ mặn nước biển, sóng biển và mực nước biển khu vực thử nghiệm 59 KẾT LUẬN 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các thành phần của GIS 6 Hình 1.2 Cấu trúc raster 13 Hình 1.3 Cấu trúc vector 14 Hình 1.4 Chuyển dữ liệu từ vector sang raster 15 Hình 1.5 Chuyển dữ liệu từ raster sang vector 15 Hình 1.6 Sự khác biệt giữa cấu trúc dữ liệu raster và vector trong việc thể hiện các đối tượng không gian dạng đường 17 Hình 1.7 Minh hoạ đối tượng vùng ở dạng Raster và Vector 18 Hình 2.1 Cấu trúc của một GeoDatabase 29 Hình 3.1 Hệ thống CSDL xây dựng theo cấu trúc Personal Geodatabase 52 Hình 3.2 Tổ chức các lớp dữ liệu trong lớp thông tin nền 52 Hình 3.3 Thông tin đồ họa lớp thông tin giao thông 53 Hình 3.4 Thông tin thuộc tính lớp giao thông 53 Hình 3.5 Thông tin thuộc tính lớp thủy văn 54 Hình 3.6 Tổ chức các lớp dữ liệu trong lớp thông tin ranh giới 54 Hình 3.7 Ví dụ lớp thông tin ranh giới tỉnh khu vực nghiên cứu 55 Hình 3.8 Thông tin thuộc tính ranh giới tỉnh khu vực nghiên cứu 55 Hình 3.9 Tổ chức các lớp dữ liệu trong lớp thông tin đặc điểm hải văn 56 Hình 3.10 Ví dụ lớp thông tin nhiệt độ trung bình nước biển tầng mặt mùa đông 56 Hình 3.11 Thông tin thuộc tính lớp nhiệt độ bề mặt nước biển 57 Hình 3.12 Ví dụ lớp thông tin độ mặn nước biển 57 Hình 3.12 Thông tin thuộc tính lớp độ mặn nước biển 58 Hình 3.13 Ví dụ lớp thông tin mực nước biển 58 Hình 3.14 Thông tin thuộc tính lớp mực nước biển 59 Hình 3.15 Bản đồ nhiệt độ trung bình nước biển tầng mặt vịnh Bắc Bộ mùa đông 62 Hình 3.16 Bản đồ nhiệt độ nước biển tầng mặt vịnh Bắc Bộ ngày 15- 5 - 2008 63 Hình 3.17 Bản đồ nhiệt độ nước biển tầng mặt vịnh Bắc Bộ tính từ ảnh Modis ngày 15 -5 -2008 64 Hình 3.18 Bản đồ độ muối trung bình mùa đông tầng mặt vịnh Bắc Bộ 66 Hình 3.19 Bản đồ độ muối tầng mặt vịnh Bắc Bộ tháng 6 68 Hình 3.20 NDSI xây dựng trên ảnh Landsat 2000 69 Hình 3.21 Bản đồ sóng cực đại trung bình tháng 7 vịnh Bắc Bộ 71 Hình 3.22 Bản đồ đặc trưng mực nước biển nhiều năm vịnh Bắc Bộ 74 Hình 3.23 Đồ thị đặc trưng mực nước biển nhiều năm khu vực Bạch Long Vĩ, Hòn Dấu và Sầm Sơn 73 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các cấu trúc của Geodatabase 30 Bảng 2.2 Lớp thông tin ranh giới 35 Bảng 2.3 Các lớp thông tin nền cơ bản 35 Bảng 2.4 Các lớp thông tin về đặc điểm hải văn 36 Bảng 3.1 Cấu trúc thông tin lớp ranh giới quốc gia 47 Bảng 3.2 Cấu trúc thông tin lớp ranh giới tỉnh 47 Bảng 3.3 Cấu trúc thông tin lớp đường bờ biển 48 Bảng 3.4 Cấu trúc thông tin lớp đường cơ sở 48 Bảng 3.5 Cấu trúc thông tin lớp thủy hệ 49 Bảng 3.6 Cấu trúc lớp thông tin giao thông 50 Bảng 3.7 Cấu trúc thông tin lớp nhiệt độ nước biển tầng mặt 50 Bảng 3.8. Cấu trúc thông tin lớp độ muối 50 Bảng 3.9 Cấu trúc thông tin lớp sóng biển 51 Bảng 3.10 Cấu trúc lớp thông tin mực nước biển 51 Bảng 3.11 Kết quả tính toán SST từ ảnh MODIS 65 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ATNĐ Áp thấp nhiệt đới HTTĐL Hệ thông tin địa lý CSDL Cơ sở dữ liệu NDSI Normalized Differential Salinity Index Chỉ số mặn hóa DBMS Database Management System Hệ quản trị cơ sở dữ liệu SQL Structured Query Language Ngôn ngữ truy vấn mang tính cấu trúc DGIWG Digital Geographic Information Working Group Nhóm làm việc về thông tin địa lý số SST Sea surface temperature FGDC Federal Geographical Data Committee VBB Vịnh Bắc Bộ GIS Geographical Information Hệ thống thông tin địa lý 1 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Vịnh Bắc Bộ là một trong những vịnh lớn ở Đông Nam Á và thế giới, vịnh có diện tích khoảng 126.250 km 2 (36.000 hải lý vuông), chiều ngang nơi rộng nhất khoảng 310 km (176 hải lý), nơi hẹp nhất ở cửa vịnh rộng khoảng 220 km (119 hải lý), là cửa ngõ giao lưu lớn và lâu đời của Việt Nam ra thế giới, trong đó có Trung Quốc, nó có tầm quan trọng đặc biệt đối với sự phát triển, thương mại quốc tế cũng như quốc phòng và bảo vệ an ninh, chủ quyền của nước ta. Vịnh là nơi chứa tài nguyên thiên nhiên, đặc biệt là hải sản và dầu khí. Về hải sản, đại bộ phận các ngư trường chính là nằm gần bờ biển Việt Nam và Tây Nam đảo Bạch Long Vĩ, Vịnh Bắc Bộ là một trong những ngư trường và nguồn cung cấp hải sản quan trọng cho hai nước Việt Nam và Trung Quốc. Khu vực giữa và cửa vịnh có bồn trũng sông Hồng có khả năng chứa dầu khí. Hoạt động điều tra, khảo sát và nghiên cứu biển ở vịnh Bắc Bộ đã được tiến hành từ những năm 20 của thế kỷ XX. Ngay từ những năm 1922 tàu Nghiên cứu biển De Lanessan và một số tàu của Hải quân Pháp đã tiến hành điều tra khảo sát vịnh Bắc Bộ với các mặt cắt định kỳ để thu thập các yếu tố khí tượng, thủy văn, địa chất, sinh vật nổi và sinh vật đáy của vịnh. Trải qua nhiều giai đoạn gắn liền với lịch sử phát triển đất nước, công cuộc điều tra nghiên cứu biển ở vịnh Bắc Bộ liên tục được thực hiện và phát triển với quy mô ngày càng được mở rộng, trình độ ngày càng được nâng cao. Tuy nhiên tài liệu điều tra về điều kiện tự nhiên, tài nguyên và môi trường Vịnh Bắc Bộ còn thiếu tính liên tục và đa ngành, chủ yếu phục vụ riêng cho nhiệm vụ mỗi ngành. Các nghiên cứu tổng hợp và đánh giá sự biến động tài nguyên môi trường của biển Vịnh Bắc Bộ chưa được tiến hành một cách đồng bộ. Chính vì vậy, yêu cầu cần phải có sẵn một hệ thống cơ sở dữ liệu để tập hợp các tài liệu, số [...]... dữ liệu hải văn khu vực Vịnh Bắc Bộ Bước đầu xây dựng mô hình CSDL Gis về đặc điểm hải văn khu vực Vịnh Bắc Bộ phù hợp với chuẩn CSDL quốc gia 3 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về cơ sở dữ liệu và cấu trúc cơ sở dữ liệu - Thu thập và đánh giá các nguồn số liệu điều tra cơ bản, điều tra khảo sát khu vực vịnh Bắc bộ về đặc điểm hải văn - Xây dựng cơ sở dữ liệu về đặc điểm hải văn khu vực vịnh. . .liệu điều tra khảo sát hoàn chỉnh và đầy đủ nhất về các điều kiện tự nhiên tài nguyên và môi trường nói chung và hải văn nói riêng tại vịnh Bắc Bộ Xuất phát từ thực tế đó, học viên chọn đề tài: “ Xây dựng cơ sở dữ liệu và thành lập bản đồ đặc điểm hải văn khu vực Vịnh Bắc Bộ 2 Mục tiêu của đề tài Mục tiêu đặt ra của đề tài là xác lập cơ sở khoa học và và phương pháp luận xây dựng CSDL phục... chung và ArcGis nói riêng trong công tác quản lý dữ liệu hải văn Vịnh Bắc Bộ - Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu của đề tài là tài liệu tham khảo có giá trị cho công tác quản lý môi trường biển nói chung và dữ liệu hải văn vịnh Bắc Bộ nói riêng 8 Bố cục của luận văn Bố cục của luận văn gồm: phần mở đầu, 3 chương, phần kết luận, kiến nghị và tài liệu tham khảo 4 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ CHUẨN CƠ SỞ... tin địa lý có thể là một hoặc tổ hợp các phần mềm máy tính Phần mềm được sử dụng trong kỹ thuật GIS phải bao gồm các tính năng cơ bản sau: - Nhập và kiểm tra dữ liệu: Bao gồm tất cả các khía cạnh về biến đổi dữ liệu đã ở dạng bản đồ, trong lĩnh vực quan sát vào một dạng số tương thích Đây là giai đoạn rất quan trọng cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý - Lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu: Lưu trữ và. .. mềm GIS, có hiểu biết về các loại dữ liệu, có khả năng phân tích 1.1.2 Chức năng cơ bản của GIS Nhập và biến đổi dữ liệu địa lý: 9 Đây là quá trình chuyển đổi dạng dữ liệu từ dạng bản đồ giấy, từ tài liệu, văn bản khác nhau thành dạng số để có thể sử dụng được trong GIS Sau khi nhập số liệu và bản đồ vào máy tính, khâu tiền xử lý cho phép hoàn thiện dữ liệu – bản đồ trên máy với các nội dung như: -... tích dữ liệu: GIS cho phép xử lý trên máy tính hàng loạt các phép phân tích bản đồ và số liệu một cách nhanh chóng chính xác, phục vụ các yêu cầu xây dựng bản đồ và phân tích quy hoạch lãnh thổ GIS có thể thực hiện các phép biến đổi bản đồ cơ bản, chồng xếp bản đồ, xử lý dữ liệu không gian theo các mô hình Xuất và trình bày dữ liệu: Đây cũng là một chức năng bắt buộc phải có của một hệ thông tin địa lý. .. ngược trở lại quy định về thành lập bản đồ với mục tiêu sao cho dữ liệu đầu vào càng ngày càng thích hợp hơn với các ứng dụng của HTTTĐL 23 Chƣơng 2 PHƢƠNG PHÁP LUẬN XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM HẢI VĂN TRÊN BIỂN 2.1 Thực trạng và nhu cầu quản lý, khai thác thông tin đặc điểm hải văn trên biển 2.1.1 Thực trạng quản lý và khai thác thông tin Biển có một vai trò đặc biệt quan trọng đối... tượng bản đồ: Liên kết các dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính - Xây dựng cấu trúc topo (quan hệ không gian) - Biên tập các lớp thông tin và trình bày bản đồ - Chuyển đổi hệ chiếu (hệ tọa độ) - Chuyển đổi khu n dạng, cấu trúc dữ liệu bản đồ Quản lý dữ liệu: Trong GIS, dữ liệu được sắp xếp theo các lớp (layer), theo chủ đề, theo không gian (khu vực) , theo thời gian (năm tháng) và theo tầng cao và. .. cấu trúc cơ bản của CSDL trong GIS là: 1- Cấu trúc kiểu cành cây; 2- Cấu trúc kiểu mạng liên kết; 3- Cấu trúc quan hệ 1.1.4 Các kiểu dữ liệu Có hai dạng cấu trúc dữ liệu cơ bản trong GIS Đó là dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính Dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính được lưu trữ trong cùng một CSDL và có quan hệ chặt chẽ với nhau * Dữ liệu thuộc tính Dữ liệu thuộc tính dùng để mô tả đặc điểm của... Hiện nay chuẩn Hệ quy chiếu và hệ toạ độ quốc gia VN-2000 đã được ban hành tạo nền tảng thống nhất về cơ sở quy chiếu cho dữ liệu đo đạc bản đồ nói chung và dữ liệu thông tin địa lý nói riêng Chuẩn này bao gồm các quy định về: o Phạm vi áp dụng cho tất cả hệ thống toạ độ các cấp hạng, bản đồ địa hình, bản đồ nền, bản đồ địa chính, bản đồ hành chính quốc gia và các loại bản đồ chuyên dụng khác 21 o Các . về cơ sở dữ liệu và cấu trúc cơ sở dữ liệu. - Thu thập và đánh giá các nguồn số liệu điều tra cơ bản, điều tra khảo sát khu vực vịnh Bắc bộ về đặc điểm hải văn - Xây dựng cơ sở dữ liệu về đặc. xác lập cơ sở khoa học và và phương pháp luận xây dựng CSDL phục vụ nghiên cứu dữ liệu hải văn khu vực Vịnh Bắc Bộ. Bước đầu xây dựng mô hình CSDL Gis về đặc điểm hải văn khu vực Vịnh Bắc Bộ. HỌC TỰ NHIÊN Hoa Thúy Quỳnh XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐẶC ĐIỂM HẢI VĂN KHU VỰC VỊNH BẮC BỘ Chuyên ngành: Bản đồ viễn thám và GIS Mã số: 60442014 LUẬN VĂN