Luận văn Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GIS của ESRI và mô hình dữ liệu DAN-VAND trong lĩnh vực cấp nước sạch
1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
NGUYỄN VIỆT HÙNG
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS CỦA
ESRI VÀ MÔ HÌNH DỮ LIỆU DAN-VAND TRONG
LĨNH VỰC CẤP NƯỚC SẠCH
Ngành: Công nghệ thông tin
Chuyên ngành: Hệ thống thông tin
Mã số: 60 48 05
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN HẢI CHÂU
Hà Nội- 2009
2
DANH MỤC TỪ VÀ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
STT Chữ viết tắt
Diễn giải
Burst Management
Tiếng Việt
Quản lý các điểm rò rỉ, thất
1
BM
thoát
2
3
4
5
6
CNTT
CS
Công nghệ thông tin
Custommer Service
Cơ sở dữ liệu
Công nghệ thông tin
Dịch vụ khách hàng
Cơ sở dữ liệu
CSDL
DBMS
DEM
Database Management Systems Hệ quản trị cơ sở dữ liệu
Digital Elevation Model
Mô hình độ cao số
Environmental Systems
Research Institute
7
ESRI
Viện nghiên cứu môi trường
Geographic Information
Systems
8
9
GIS
Hệ thống thông tin địa lý
HQTCSDL
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu
Leakage Auditing
Local Area NetWork
Meter and Billing system
Phân hệ
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu
Kiểm soát rò rỉ
10 LA
11 LAN
12 MBM
13 Module
14 NRW
15 NSD
16 PM
Mạng cục bộ
Quản lý đồng hồ và hóa đơn
Phân hệ
Non Revenue Water
Người sử dụng
Nước thất thoát
Người sử dụng
Pressure Management
Pipe Registration
Rehabilitation Planning
Kiểm thử
Quản lý áp lực đồng hồ
Đăng ký đường ống
Kế hoạch bảo dưỡng
Kiểm thử
17 PR
18 RP
19 Test
20 UseCase
21 View
Trường hợp sử dụng
Khung nhìn
Trường hợp sử dụng
Khung nhìn
Water Distribution Management Hệ thống quản lý phân phối
22 WDMS
system
nước (sạch)
Tập dữ liệu
Cơ sở dữ liệu
Phần mềm
23 Dataset
24 Database
25 Software
Tập dữ liệu
Cơ sở dữ liệu
Phần mềm
Application
26
Ứng dụng máy chủ
Ứng dụng máy chủ
Server
3
27 Web Server
Web máy chủ
Web máy chủ
Scalable
28
Trạm làm việc mở rộng được
Trạm làm việc mở rộng được
FrameWork
29 Server
Máy chủ phục vụ
Trình duyệt
Máy chủ phục vụ
Trình duyệt
30 Browser
4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1
Hình 1.2
Hình 1.3
Hình 1.4
Hình 1.5
Hình 1.6
Hình 1.7
Giao diện phần mềm WATSYS được mở trong phần mềm AutoCAD
Bản đồ chuyên đề trên phần mềm WATSYS
Hiển thị thông tin đối tượng
Biểu đồ thời gian
ArcGIS là hệ thống phần mềm GIS đầy đủ.
Cấu trúc ArcObjects
Sử dụng ArcGIS Engine gắn vào GIS trong ứng dụng
Mô hình quan hệ giữa đường ống(Pipe), điểm nối(Node )và thiết bị lắp
đặt(Component)
Hình 2.1
Hình 2.2
Mối quan hệ giữa Mô hình, Công nghệ phần mềm và cơ sở dữ liệu cho
GIS.
Hình 2.3
Hình 2.4
Miêu tả 2 lớp RESIDENCE và STREET.
Thể hiện RESIDENCE là lớp con của BUILDING
Lớp cha BUILDING có nhiều lớp con: RESIDENCE, HOSPITAL,
COMMERCIALBUILDING
Hình 2.5
Lớp con RESIDENCE có thể mở rộng thành các lớp con
RURALRESIDENCE và URBANRESIDENCE
Hình 2.6
Hình 2.7
Hình 2.8
Lớp CITY được hợp tác bởi 3 lớp HOUSELOT, STREET, PARK.
Kế thừa của URBANRESIDENCE và RURALRESIDENCE với
RESIDENCE.
Thuộc tính địa chỉ được kế thừa từ lớp BUILDING xuống các lớp con
của nó.
Hình 2.9
Lớp LANDPARCEL được đa kế thừa từ lớp TAXABLEITEM và
REALESTATEOBJECT.
Hình 2.10
Hình 2.11
Hình 2.12
Một ví dụ về GIS sử dụng đa kế thừa.
Lớp BUILDING kế thừa thuộc tính không gian từ lớp cha
GEOMETRIC.
Hình 2.13
Hình 2.14
Hình 3.1
Hình 3.2
Hình 3.3
Hình 3.4
Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7
Hình 3.8
Lớp BUILDING kế thừa nhiều thuộc tính từ các lớp cha của nó.
Dân số của một quốc gia được lấy từ dân số của các vùng
Mô hình kiến trúc tổng thể của WDMS
Cấu trúc cơ sở dữ liệu.
Sơ đồ lắp đặt theo Mô hình Dan-Vand
Quy trình thu thập và xử lý dữ liệu
Giao diện ứng dụng hệ thống thông tin địa lý GIS.
Sơ đồ tổ chức thực hiện tổng thể dự án WDMS
Sơ đồ tổ chức nhân sự thực hiện phát triển dự án WDMS
Biểu đồ hoạt động cập nhật đối tượng điểm nối
5
Hình 3.9
Biểu đồ UserCase đối với chức năng cập nhật đối tượng điểm nối
Biểu đồ hoạt động chức năng cập nhật thiết bị cho điểm nối
Biểu đồ Usercase chức năng cập nhật thiết bị cho điểm nối
Biểu đồ hoạt động chức năng cập nhật đường ống
Biểu đồ UserCase chức năng cập nhật đường ống
Biểu đồ hoạt động chức năng cập nhật vùng cấp nước
Biểu đồ UserCase chức năng cập nhật vùng cấp nước
Biểu đồ hoạt động chức năng xem biểu đồ
Biểu đồ UserCase chức năng xem biểu đồ
Biểu đồ hoạt động chức năng xem bản đồ
Hình 3.10
Hình 3.11
Hình 3.12
Hình 3.13
Hình 3.14
Hình 3.15
Hình 3.16
Hình 3.17
Hình 3.18
Hình 3.19
Hình 3.20
Hình 3.21
Hình 3.22
Hình 3.23
Hình 3.24
Hình 3.25
Hình 3.26
Hình 3.27
Hình 3.28
Hình 3.29
Hình 3.30
Hình 3.31
Hình 3.32
Hình 3.33
Hình 3.34
Hình 3.35
Hình 3.36
Hình 3.37
Hình 3.38
Hình 3.39
Hình 3.40
Hình 3.41
Hình 3.42
Hình 3.43
Biểu đồ Usercase chức năng xem bản đồ
Biểu đồ hoạt động chức năng in ấn bản đồ
Biểu đồ usercase chức năng in ấn bản đồ
Biểu đồ hoạt động chức năng kiểm tra mạng lưới
Biểu đồ usercase chức năng kiểm tra mạng lưới
Giao diện màn hình chính của phần mềm WDMS
Giao diện của phân hệ Quản lý đường ống
Thanh công cụ thao tác với bản đồ
Thanh công cụ cập nhật dữ liệu
Một góc bản đồ có dữ liệu về vùng cấp nước, đường ống và điểm nối
Truy vấn dữ liệu thuộc tính
Truy vấn dữ liệu không gian
Thiết lập màu sắc cho chức năng bản đồ chuyên đề
Bản đồ chuyên đề phân loại theo danh mục đường ống
Biểu đồ phân loại theo danh mục đường ống
Màn hình nhập dữ liệu thuộc tính cho điểm nối
Màn hình chọn và nhập dữ liệu thuộc tính cho thiết bị
Màn hình nhập dữ liệu thuộc tính cho đường ống
Hình ảnh của một đường ống sau khi đã tạo
Chức năng tạo cầu vồng cho đường ống (fly-over)
Chức năng kéo dài đường ống (Extend)
Chức năng cắt đường ống
Chức năng nối đường ống (Merge)
Chức năng chia cắt đường ống (split)
Chức năng tìm “ốc đảo” trong mạng đường ống (Network Island)
6
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1
Lớp thông tin đường ống
Bảng 2
Bảng thuộc tính lớp đường ống
Lớp thông tin điểm nối
Bảng 3
Bảng 4
Bảng thuộc tính lớp điểm nối
Lớp thông tin vùng cấp nước
Bảng thuộc tính lớp Vùng
Lớp thông tin vùng dịch vụ
Bảng thuộc tính lớp vùng dịch vụ
Danh mục trạng thái hoạt động vật lý của thiết bị
Thông tin về thùng chứa
Danh mục mã loại thùng chứa
Bảng danh mục C_Tank_Wat
Bảng danh mục C_Medium_Wat
Thông tin về giếng
Bảng 5
Bảng 6
Bảng 7
Bảng 8
Bảng 9
Bảng 10
Bảng 11
Bảng 12
Bảng 13
Bảng 14
Bảng 15
Bảng 16
Bảng 17
Bảng 18
Bảng 19
Bảng 20
Bảng 21
Bảng 22
Bảng 23
Bảng 24
Bảng 25
Bảng 26
Bảng 27
Bảng 28
Bảng 29
Bảng 30
Bảng 31
Bảng 32
Bảng 33
Bảng 34
Bảng 35
Bảng 36
Thông tin về các thiết bị nối đơn
Danh mục SimpleJointCat_Wat
Loại thiết bị đơn giản
Các điểm lắp đặt các thiết bị phức tạp
Danh mục của ComplexCompCat_Wat
Loại thiết bị phức tạp
Các điểm lắp đặt
Loại điểm lắp đặt
Các điểm lắp đặt đồng hồ
Hạng mục đồng hồ
Danh mục của đồng hồ
Loại đồng hồ
Các điểm lắp đặt máy bơm
Danh mục mã điều khiển đồng hồ
Danh mục máy bơm
Kiểu máy bơm
Bể chứa
Loại bể chứa
Danh mục bể dự trữ
Các điểm tiêu thụ nước
Danh mục các điểm tiêu thụ
Loại điểm tiêu thụ nước
7
Bảng 37
Bảng 38
Bảng 39
Bảng 40
Bảng 41
Bảng 42
Bảng 43
Đồng hồ nước
Danh mục đồng hồ nước
Loại Van
Danh mục điều khiển Van
Danh mục bề mặt
Tiến độ thực hiện dự án WDMS
Tiến độ thực hiện phân hệ Đăng ký đường ống
8
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... 9
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................. 10
MỞ ĐẦU
.............................................................................................................. 11
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH CẤP NƯỚC .......................................... 12
1.1 Vai trò và tầm quan trọng của việc quản lý cấp nước ....................................... 12
1.2 Các hệ thống quản lý cấp nước......................................................................... 13
CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH CƠ SỞ DỮ LIỆU DAN-VAND VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN
TÍCH THIẾT KẾ HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG............................................. 25
2.1 Mô hình cơ sở dữ liệu DAN-VAND ................................................................ 25
2.2 Mô hình hướng đối tượng đối với cơ sở dữ liệu GIS ........................................ 27
2.2.1 Giới thiệu.................................................................................................. 27
2.2.2 Mô hình cho hệ thống thông tin địa lý GIS................................................ 29
2.2.3 Cơ chế trừu tượng hướng đối tượng.......................................................... 31
2.2.4 Mô hình hóa trực quan.............................................................................. 35
2.2.5 Tổng kết.................................................................................................... 43
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG GIS SỬ DỤNG ARCGIS TRÊN MÔ HÌNH
DỮ LIỆU DAN-VAND TRONG QUẢN LÝ CẤP NƯỚC SẠCH ........ 45
3.1 Đặt vấn đề........................................................................................................ 45
3.2 Khái niệm về đô thị và quá trình quy hoạch phát triển đô thị............................ 45
3.3 Sự cần thiết khi ứng dụng công nghệ GIS trong công tác quản lý và quy hoạch 46
3.4 Mô tả ứng dụng................................................................................................ 48
3.4.1 Đăng ký đường ống trong WDMS – Pipe Registration.............................. 50
3.4.2 Mục tiêu của Hệ thống đăng ký đường ống............................................... 50
3.4.3 Những yêu cầu chung ............................................................................... 51
3.4.4 Yêu cầu về xây dựng cơ sở dữ liệu............................................................ 53
3.4.5 Yêu cầu về ứng dụng nhân GIS................................................................. 78
3.4.6 Bố trí nhân lực, tiến độ thực hiện dự án .................................................... 81
3.4.7 Yêu cầu về chức năng nghiệp vụ............................................................... 87
3.5 Kết quả thực hiện được.................................................................................... 99
3.6 Kết quả thực tế dự án WDMS áp dụng phân hệ Đăng ký đường ống...............108
3.7 Định hướng phát triển của sản phẩm tại Việt Nam ..........................................109
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..............................................................110
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................111
9
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Những kết quả và các số
liệu trong khoá luận chưa được ai công bố dưới bất cứ hình thức nào. Tôi hoàn
toàn chịu trách nhiệm trước nhà trường về sự cam đoan này!
Hà nội, ngày ... tháng ... năm 2009
Tác giả
Nguyễn Việt Hùng
10
LỜI CẢM ƠN
Luận văn này được hoàn thành ngoài nỗ lực hết sức của bản thân, trong quá
trình làm việc tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của các thầy cô tại
khoa Công nghệ Thông tin, Đại học Công Nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội
Xin chân thành gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo khoa Công nghệ Thông tin,
Trường đại học Công Nghệ, đặc biệt là thầy giáo, Tiến sĩ Nguyễn Hải Châu, người
trực tiếp hướng dẫn tôi.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ban giám đốc công ty VIDAGIS – nơi tôi
đang công tác, đặc biệt là Phó Tổng Giám đốc, Thạc sỹ Lê Phước Thành, đã tạo
điều kiện tốt nhất về thời gian, cơ sở vật chất, kiến thức, chuyên gia trợ giúp trong
quá trình thực hiện dự án, đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong thời gian tôi thực hiện đề
tài này.
Xin gửi lời cám ơn tới cha mẹ, bạn bè, đồng nghiệp và những người thân đã
giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian qua.
Luận văn thạc sĩ này được thực hiện trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu mang
mã số QG.09.27, Đại học Quốc gia Hà Nội.
11
MỞ ĐẦU
Hiện nay việc ứng dụng và triển khai các ứng dụng GIS vào trong quản lý để
phục vụ cho đời sống xã hội đã và đang phát triển rất nhanh, điển hình là trong các
lĩnh vực Giao thông liên lạc, Y Tế, Giáo dục, Lam Nghiệp, Nông nghiệp, Điện
lực, Tài nguyên Môi trường, và đặc biệt là trong việc quản lý mạng lưới cấp nước
sạch.
Mục đích của đề tài là trình bày lại những kiến thức cơ bản đã được áp dụng để
xây dựng thành công dự án phát triển phần mềm "Quản lý cấp nước sạch" đang
được sử dụng tại thành phố Seremban, Malaysia, nhằm tìm ra một hướng giải pháp
để có thể mở rộng, khai thác năng lực của dự án để có thể áp dụng được rộng rãi ở
nhiều nơi, nhất là ở Việt Nam.
Luận văn gồm 4 chương với bố cục như sau:
Chương 1: Tổng quan về mô hình cấp nước
Trình bày về vai trò và tầm quan trọng của việc quản lý cấp nước và một số mô
hình cấp nước..
Chương 2: Trình bày chi tiết về mô hình cơ sở dữ liệu cấp nước DAN-VAND
và phương pháp phân tích thiết kế hướng đối tượng áp dụng
Chương 3: Trình bày chi tiết mô tả hệ thống phần mềm quản lý mạng lưới cấp
nước sạch, sử dụng GIS trong việc đăng ký đường ống. Trình bày kết quả thực tiễn
thực hiện dự án, và định hướng phát triển mở rộng
Chương 4: Kết luận và kiến nghị
12
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH CẤP NƯỚC
1.1 Vai trò và tầm quan trọng của việc quản lý cấp nước
Nước sạch và sử dụng nước sạch là nhu cầu thiết yếu của con người, kể cả
trong xã hội nguyên thủy đến xã hội hiện đại như ngày nay.
Thử hình dung trong cuộc sống hàng ngày chúng ta bị thiếu nước sạch để sinh
hoạt thì điều gì sẽ sảy ra?
Nước sạch có thể được khai thác bằng các hình thức khác nhau, như giếng đào,
giếng khoan, nước mưa...nhưng ngày nay con người đã xây dựng được một mô
hình mạng lưới cấp nước chung phục vụ cho một phạm vi địa bàn rộng lớn, và từ
một nguồn khai thác, nước được xử lý để đảm bảo vệ sinh đủ tiêu chuẩn để đưa
đến nới tiêu thụ.
Trong cuộc sống của đô thị hiện đại, thì việc thiết kế và xây dựng một hệ thống
quản lý cấp nước cần phải đáp ứng được các yêu cầu về sự phát triển tăng lên một
cách nhanh chóng của dân cư và hệ thống cơ sở hạ tầng để làm sao trong một
khoảng thời gian 40 đến 50 năm sau, hệ thống vẫn có thể đáp ứng được một cách
tối đa khả năng cung cấp nước sạch và không bị ảnh hưởng bới sự thay đổi của kết
cấu cơ sở hạ tầng.
Để làm được điều đó thì trước hết cần phải có sự trợ giúp đắc lực của công
nghệ. Ngày nay công nghệ có thể làm thay đổi cả thế giới, có vai trò quan trọng
trong việc hoạch định các chính sách của hệ thống chính quyền.
Một đô thị hiện tại được đánh giá là văn minh thì một trong các tiêu chí để
đánh giá là đô thị đó phải có hệ thống phân phối nước sạch tốt, đáp ứng được nhu
cầu sinh hoạt của người dân và phục vụ cho các lĩnh vực khác, hệ thống nước sạch
có vai trò rất quan trọng đối với các lĩnh vực của đời sống văn hóa xã hội của
người dân, thể hiện những nỗ lực trong quản lý của các cấp chính quyền.
Để làm được việc đó thì cần phải có một bộ máy chuyên trách đảm nhiệm việc
quản lý hệ thống cấp nước, đảm bảo duy trì hệ thống hoạt động từ việc lắp đặt hệ
thống bơm dẫn, tích trữ, xây lắp mạng lưới dẫn nước, các điểm xử lý...và đưa nước
sạch vào các hộ dân, quản lý hệ thống hóa đơn, đồng hồ, duy tu, bảo dưỡng hệ
thống, quản lý tài sản... Tất cả những công đoạn đó được gọi là quản lý cấp nước.
Ở Thụy Điển, nước và các dịch vụ công cộng theo quy định được quản lý bởi
các đô thị. Khi các công trình cấp nước đô thị bắt đầu được xây dựng vào cuối thế
kỷ 19, nó thể hiện sự quyết tâm và cam kết của chính quyền thành phố. Ngay cả
các cộng đồng nhỏ ở các vùng nông thôn cũng đều có các công trình cấp nước
công cộng của chính họ. Chỉ các công ty công nghiệp lớn được cấp phép khai thác
nước mặt hoặc nước ngầm cho các công trình cấp nước riêng của họ.
13
Trong những năm 90 của thế kỷ trước, có hơn 2 nghìn công trình cấp nước và
67 nghìn km đường ống cấp nước của các thành phố, cung cấp cho 7,7 triệu người
tiêu dùng hay 90% dân số với nước sạch chất lượng cao. Lượng nước tiêu thụ cao
nhất vào cuối những năm 1960, khi có tới 800 triệu mét khối nước đã được sử
dụng hàng năm. Việc rò rỉ trong hệ thống đường ống được ước tính bằng khoảng
20%. Ngày nay lượng nước tiêu thụ vào khoảng 730 triệu mét khối, tính ra mỗi gia
đình tiêu thụ khoảng 200 lít/ người/ngày.
Theo thống kê, năm 2004 trên thế giới có khoảng 3,5 tỉ người đang sử dụng
nước sạch từ các vòi nước hay nguồn nước công cộng của các nhà máy cấp nước.
1,3 tỉ người sử dụng nước từ các nguồn giếng khoan, giếng đào. Một tỉ người sử
dụng nước từ các nguồn thiên nhiên như sông, suối, ao hồ [9].
Những thống kê trên chỉ ra cho thấy, việc quản lý cấp nước có vai trò rất quan
trọng trong đời sống văn hóa xã hội trong cuộc sống đô thị hiện đại.
1.2 Các hệ thống quản lý cấp nước
Hệ thống quản lý cấp nước là một hệ thống trợ giúp cho con người để quản lý
trong lĩnh vực cấp nước sinh hoạt, được tự động hóa nhằm làm giảm tối đa sức lao
động bằng chân tay, và các thao tác thủ công nhưng vẫn thực hiện được đầy đủ các
chức năng nghiệp vụ trong hệ thống cấp nước.
Các hoạt động trong việc quản lý cấp nước gồm có:
-
-
Đảm bảo chất lượng nước được xử lý
Thiết kế mạng lưới đường ống cấp nước và các thành phần được lắp đặt
và phân tích nhu cầu sử dụng trong hệ thống
-
-
-
-
-
Quản lý lưu lượng và áp lực cho mạng lưới đường ống
Phát hiện và xử lý kịp thời các điểm rò rỉ
Chống thất thoát trong hệ thống
Quản lý hệ thống đồng hồ, hóa đơn
Thay thế, bảo dưỡng hệ thống mạng lưới đường ống
Sau đây là một số hệ thống quản lý cấp nước hiện có trên thị trường:
Hệ thống WATSYS. [17]
Hệ thống WATSYS được cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ phát triển, với
hạt nhân cơ bản là EPANET
WATSYS sẽ giúp người dùng phân tích, thiết kế và quản lý hệ thống cấp nước.
Đó là một hệ thống thông tin đồ họa (GIS) cho các cơ sở hạ tầng nước.
Phần mềm này mô phỏng các tình huống để xác định và sửa chữa thiếu sót
trong một hệ thống phân phối hiện có, mở rộng hệ thống để đáp ứng nhu cầu trong
tương lai, hoặc để dự đoán năng suất của hệ thống trong trường hợp khẩn cấp như
trục trặc máy bơm, sự hỏng hóc, trang thiết bị trục trặc hoặc cháy nổ. Nó có thể
14
được sử dụng để mô phỏng ở thời gian cao điểm và thời điểm sử dụng thấp.
WATSYS cũng có thể thực hiện phân tích chất lượng nước bao gồm việc phân rã
clo, phân phối florua, tìm nguồn nước và đo tuổi của nước. Các mô hình để thấy rõ
hơn về sự chuyển động và biến đổi của nước đã được xử lý.
Các thành phần của hệ thống này bao gồm:
1. Kết nối đến phần mềm AutoCAD
Các phiên bản AutoCAD R14.01, 2000, 2002, 2004
WATSYS chạy độc lập, nhưng nếu kết hợp với phần mềm AutoCAD các phiên
bản R14.01, 2000, 2002, 2004 thì có thể kết nối với nhau để làm việc. WATSYS
sẽ hiện lên một thanh công cụ để người sử dụng có thể chọn, hoặc xác định vị trí
chỉnh sửa các thành phần trong hệ thống cấp nước. Các sơ đồ chính được tạo ra từ
các bản vẽ được tô bằng các mã màu cho các lớp đối tượng chồng xếp.
Hình 1.1: Giao diện phần mềm WATSYS được mở trong phần mềm AutoCAD
Trên thanh công cụ này, người sử dụng có thể:
-
-
-
Thêm các điểm nối (Nodes), các đường ống (Pipes), sửa hoặc xem dữ liệu
của mình
Xác định vị trí các điểm nối và đường ống trên các bảng biểu hoặc trên
"Key-plans" bằng cách lựa chọn chúng trên bản đồ
Tạo các bản đồ chuyên đề với các thông tin bên trong như: Chèn các dòng
văn bản, tô màu các đối tượng, đặt kích thước và biểu tượng các đối
tượng, các tiều đề, mô tả người sử dụng...sơ đồ dòng chảy được gán nhãn
15
trên các đường ống, các điểm nối, áp suất đường ống, đường kính đường
ống, dòng chảy, sự giảm /mất mát và vận tốc dòng chảy.
-
Đặt biểu tượng cho các đối tượng Điểm nối, các đường ống có các điểm
nối mà van đóng, van đang kiểm tra, hay van điều khiển, máy bơm và hồ
chứa...
2. Làm việc trên các sơ đồ
-
Chọn vào vị trí của các điểm nối hay các đường ống để hiển thị thông tin
hoặc sửa đổi thông tin của đối tượng đó trên các bảng biểu hay sơ đồ hoặc
các bản vẽ AutoCAD
-
-
Dựa vào các ô nhãn hiện lên trên màn hình để hiện thông tin do người
dùng chọn khi di chuột lên các điểm nối hoặc đường ống.
Nháy đúp chuột lên các điểm nối hoặc đường ống để sửa đổi thông tin
thuộc tính cho đối tượng
-
-
-
-
-
Có khả năng phóng to/thu nhỏ, sao chép, lưu, in sơ đồ
Chèn các dòng văn bản hay chú giải lên sơ đồ
Các đường ống thể hiện bán kính của từng đối tượng tương ứng
Màu sắc của các đường ống thể hiện các thông tin chính của người dùng
Có thể xem được các biểu đồ thời gian nếu nháy chuột lên các điểm nối
hay đường ống
-
Có thể nhìn thấy được áp lực đường ống, vận tốc, chất lượng nước, tuổi
nước bằng sự biến đổi màu sắc trên các đường ống
Hình 1.2: Bản đồ chuyên đề trên phần mềm WATSYS
3. Mô hình cấp nước trong hệ thống WATSYS
Dễ dàng chuyển đổi giữa phương pháp phân tích khoảng thời gian và các
phương pháp phân tích khác:
o Trạng thái ổn định
16
o Mở rộng khoảng thời gian
o Chất lượng nước:
o Nơi tập trung hóa chất
o Tuổi của nước
o Lưu vết của nguồn cấp nước
o Các trạm bơm cung cấp nước
o Các hồ chứa như thùng hoặc các mức thủy lực cố định
o Điều khiển Valve theo các mức hoặc theo dòng chảy
o Mở và đóng đường ống bằng cách sử dụng thiết bị chuyển mạch
o Tình trạng đường ống bao gồm các trạng thái: Mở-Open, Đóng -
Closed, hoặc Valve kiểm tra (check valve)
o Tìm kiếm hoặc sắp xếp các điểm nối và đường ống, chọn để in ấn
o Tạo độ dài đường ống từ hệ thống tọa độ
o Kích thước đường ống phân cách tỷ lệ với hệ số gồ ghề của đường
ống
o Điều chỉnh hệ số gồ ghề với kích thước ống, chất liệu đường ống,
tuổi, vận tốc dòng chảy
Hình 1.3: Hiển thị thông tin đối tượng
Với mô hình như vậy, việc phân tích dòng chảy và ghi lại sự thay đổi của dòng
chảy theo thời gian của WATSYS được thể hiện như hình dưới đây:
17
Hình 1.4: Biểu đồ thời gian
4. Quản lý kho đường ống
Phục vụ cho công tác duy tu bảo dưỡng hệ thống, ghi chép các mã màu sẽ giúp
người quản lý có thể ưu tiên hóa công việc. Công việc bao gồm:
o Ngày kiểm tra và ngày lắp đặt
o Ghi chú kiểm tra
o Các điều kiện
o Loại nguyên vật liệu
o …
18
Như vậy với những mô tả như ở trên, thì có thể nhận thấy là trong hệ thống
WATSYS đã ra đời từ rất sớm, và có một số đặc điểm sau:
o Không sử dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) để lưu trữ và quản lý
dữ liệu, chỉ sử dụng các bản vẽ ở các định dạng AutoCAD – là công
cụ để làm các bản vẽ thiết kế làm “nền" để thực hiện các phép phân
tích dữ liệu và xử lý số liệu
o Do không sử dụng hệ thông tin địa lý, nên không có cơ sở dữ liệu
GIS về các đối tượng trong hệ thống phân phối nước. Mô hình cấp
nước được mô tả không có thiết kế chi tiết các bảng dữ liệu, không
chỉ ra được mối quan hệ giữa các đối tượng trên bản đồ
o Hệ thống chuyên sâu về phân tích mức độ tiêu thụ, nhu cầu sử dụng
(Demand) và tính toán đo áp lực đường ống, từ đó hiển thị thành các
sơ đồ và biểu đồ.
o Hệ thống chưa đề cập được các giải pháp để chống rò rỉ, kênh thông
tin khách hàng, chưa cho phép tạo các bản vẽ thiết kế trên bản đồ, và
đặc biệt không thể hỗ trợ chức năng phân tích không gian trên bản
đồ để phục vụ cho mục đích cấp nước.
Hệ thống quản lý phân phối nước sạch WDMS do VIDAGIS phát
triển
Mục tiêu của hệ thống WDMS:
Mục tiêu chính của hệ thống WDMS là quản lý việc phân phối nước sạch,
trong đó chủ yếu là chống rò rỉ, và sử dụng hạt nhân là mô hình dữ liệu DAN-
VAND
Các chức năng chính trong hệ thống bao gồm các module sau:
-
-
-
-
-
-
-
-
Pipe Registration - Đăng ký đường ống
Leakage Auditing – Theo dõi và kiểm soát sự thất thoát nước
Pressure Management – Quản lý áp lực đường ống
Meter and Billing management – Quản lý hóa đơn và đồng hồ
Burst management – Quản lý các điểm rò rỉ
Customer Service – Dịch vụ thông tin phản hồi của khách hàng
Rehabilitation Planning – Kế hoạch bảo trì, bảo dưỡng, nâng cấp
Report management – Các báo cáo phục vụ cho việc quản lý và theo dõi
hệ thống
-
-
Administrator – Quản lý người sử dụng và ngôn ngữ, an toàn CSDL
Calculation Service - Tính toán số liệu tổng hợp cho toàn hệ thống.
Hệ thống WDMS do VidaGIS phát triển dựa trên các thành phần sau:
19
-
Mô hình cấp nước: Trong WDMS, mô hình cấp nước sử dụng hoàn toàn
mô hình DAN-VAND, sẽ được mô tả chi tiết trong chương 2 của luận văn
này
-
-
-
Cơ sở dữ liệu của WDMS là CSDL GIS, sử dụng phần mềm ArcGIS của
Hệ quản trị Cơ sở dữ liệu trong WDMS sử dụng HQTCSDL SQL Server
của hãng Microsoft
Nền tảng để phát triển: Trên ngôn ngữ C# và DotNet FrameWork của
Microsoft
Công nghệ nền tảng để phát triển phần mềm WDMS là sử dụng công nghệ GIS
của hãng ESRI, có tên là ArcGIS, sau đây là một số thông tin về công nghệ GIS
hiện nay đang có trên thị trường:
1. Công nghệ MapInfo [24], [26]
MapInfo: là phần mềm bản đồ đang được sử dụng rất rộng rãi trên thị trường
Việt Nam. Một điểm mạnh của MapInfo là khả năng hiển thị, giàn trang in rất tiện
lợi và đây là một trong những ưu thế của MapInfo so với các phần mềm GIS khác.
Giải pháp desktop (ứng dụng độc lập) của MapInfo tương đối nhỏ gọn nên
MapInfo đang được chiếm ưu thế lớn ở Việt Nam, nhất là đối với những nơi tiếp
cận GIS sớm, quy mô nhỏ.
Ngoài các giải pháp Desktop , MapInfo còn có các giải pháp mạng, Web. Tuy
nhiên cũng như các giải pháp mạng và Web của các hãng khác hiện đang ít được
sử dụng trên thị trường Việt Nam, vì trên thực tế thị trường này cũng mới làm
quen với chúng.
Những đặc điểm chính của MapInfo gồm:
Chạy trên các hệ điều hành: UNIX, Windows.
Hỗ trợ các thiết bị: Bàn số, máy quét ảnh, chuột, các máy vẽ.
Các chức năng chính: Tạo vùng đệm, phân tích bản đồ, phân tích mạng.
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu: dBase, cơ sở dữ liệu bên trong.
Cấu trúc dữ liệu: Non-topological Vector, dữ liệu thuộc tính, dữ liệu bảng
biểu.
Đơn giản, dễ sử dụng.
Phù hợp với mô hình quy mô nhỏ.
Khả năng tạo lập bản đồ chuyên đề mạnh và phong phú (hơn hẳn các
phần mềm GIS khác).
Khả năng giàn trang in và in rất thuận lợi.
Khả năng giao tiếp với các phần mềm GIS khác tốt.
20
Cấu trúc định dạng file mở hỗ trợ cho việc phát triển các ứng dụng
chuyên sâu.
Khả năng xây dựng dữ liệu bản đồ số (khía cạnh số hóa bản đồ) yếu.
2. Công nghệ ESRI [22]
nghiên cứu môi trường, ra đời năm 1969 ở Mỹ. Sản phẩm nổi tiếng của hãng là bộ
sản phẩm ArcGIS đang dần trở thành công cụ GIS được sử dụng nhiều nhất trên
thế giới bởi những tính năng rất mạnh của nó trong việc xử lý dữ liệu không gian.
Ra đời từ rất sớm nhưng thực sự phải đến cuối những năm 90, sản phẩm
ArcGIS mới thực sự du nhập vào Việt Nam, mà hiện nay sản phẩm mới nhất của
nó là ArcGIS 9x ra đời vào cuối năm 2004.
Với những thế mạnh của nó như vậy, hiện nay ở Việt Nam, việc sử dụng và
khai thác những thế mạnh của ArcGIS đang được các bộ, ban, ngành, và các địa
phương sử dụng rộng rãi cho mục đích phát triển kinh tế xã hội và nghiên cứu. Và
trong một tương lai không xa, nó sẽ dẫn thay thế các sản phẩm về GIS khác
Đầu tiên, dữ liệu được biên soạn thành đối tượng ứng dụng, mất rất nhiều thời
gian cho công việc tạo cơ sở dữ liệu GIS và tri thức về địa lý. Dần dần, các chuyên
gia GIS đã bắt đầu sử dụng và khai thác những tập hợp tri thức có được trong
nhiều các ứng dụng GIS. Người sử dụng ứng dụng sáng kiến ra trạm làm việc GIS
để tạo ra các tập dữ liệu địa lý (geographic dataset), xây dựng luồng công việc cho
dữ liệu, biên dịch, quản lý chất lượng, bản quyền bản đồ và các mô hình phân tích
và các tài liệu liên quan. Đó là điều kiện để GIS sử dụng cùng với trạm làm việc
chuyên nghiệp để kết nối với dataset và database. Trạm làm việc bao gồm các ứng
dụng GIS, sự cải tiến các công cụ của GIS đã được sử dụng để hoàn thành hầu hết
các thao tác GIS.
Khái niệm của phần mềm GIS đã được chứng minh rộng rãi bởi các chuyên gia
GIS trong gần 200 nghìn tổ chức trên khắp thế giới. Ngoại trừ một vài ý tưởng của
GIS trong mô hình máy tính hiện đại clien/server đã rất thành công thì càng ngày
tầm nhìn của GIS càng được mở rộng. Gần đây, sự phát triển của máy tính, sự
bùng nổ của Internet, tiến bộ của kỹ thuật DBMS, ngôn ngữ lập trình hướng đối
tượng, sự lan rộng của GIS đã làm mở rộng thêm tầm nhìn cho GIS. Trong điều
kiện GIS desktops, GIS software tập trung trong Application servers và Web
servers để phân phát GIS tới một số người sử dụng trên mạng.
Người sử dụng GIS kết nối tới trung tâm GIS chủ như Web browsers với thiết
bị máy tính di động, thiết bị số.
Sơ đồ dưới sẽ chỉ ra các sản phẩm GIS trong dòng sản phẩm ArcGIS.
21
Hình 1.5:ArcGIS là hệ thống phần mềm GIS đầy đủ.
ArcGIS cung cấp trạm làm việc mở rộng được cho việc thực thi GIS cho một
hoặc nhiều người sử dụng trên PC, trên server hay Web. ArcGIS là tập hợp đồng
nhất của sản phẩm phần mềm GIS cho việc xây dựng GIS hoàn chỉnh. Nó bao
gồm một số frameworks cho việc triển khai GIS:
ArcGIS Desktop - là một bộ phận của chương trình GIS chuyên nghiệp
ArcGIS Engine - Gắn các thành phần cho việc xây dựng các ứng dụng
GIS cho khách hàng.
Server GIS - ArcSDE®, ArcIMS®, ArcGIS Server
Mobile GIS - ArcPad® giống như ArcGIS Desktop and ArcGIS Engine
cho máy PC
ArcGIS là cơ sở cho ArcObjects™, thư viện modul chương trình để chia sẻ với
thành phần của phần mềm GIS.
ArcObjects bao gồm các thành phần chương trình mở rộng, các đối tượng nhỏ
như đối tượng hình học tới đối tượng lớn như đối tượng bản đồ cùng với tài liệu
ArcMap.
Mỗi sản phẩm ArcGIS cùng với ArcObject biểu diễn sự phát triển ứng dụng
phân mềm GIS bao gồm: desktop GIS (ArcGIS Desktop), embedded GIS (ArcGIS
Engine) và server GIS (ArcGIS Server).
22
Hình 1.6: Cấu trúc ArcObjects
ArcGISEngine:
GIS có thể lựa chọn thành phần ứng dụng để phân phát các hàm GIS tới một
vài nơi trong một tổ chức. Điều này cho phép truy cập tới các hàm của GIS bởi
một vài người, những người cần tính năng của ứng dụng GIS trong công việc
thường ngày của họ. ArcGIS Engine cung cấp một dãy giao diện người sử dụng.
Ví dụ như: Map Control và Globe Control, chúng có thể được sử dụng để tương
tác với bản đồ. Cùng với ArcGIS Engine, người phát triển có thể xây dựng các
hàm GIS sử dụng C++, Component Object Model (COM), .NET, or Java. Người
phát triển có thể xây dựng các ứng dụng cùng với ArcGIS Engine hoặc gắn vào
GIS những ứng dụng đã tồn tại như Microsoft® Word hoặc Excel.
Hình 1.7: Sử dụng ArcGIS Engine gắn vào GIS trong ứng dụng
ArcGIS Engine là ví dụ về môi trường lập trình ứng dụng cho ArcObjects.
ArcGIS Engine Developer Kit là sản phẩm riêng biệt cung cấp chuỗi các biểu đồ
23
thành phần ArcGIS sử dụng bên ngoài ArcGIS Desktop trong môi trường ứng
dụng Framework. Sử dụng ArcGIS Engine Developer Kit phát triển xây dựng
khung nhìn GIS cùng với giao diện để truy nhập các chức năng của GIS hoặc có
thể gắn vào GIS các ứng dụng đã có để triển khai GIS tới nhóm người sử dụng.
ArcGIS Engine có COM, .NET, Java, và C++ (API).
ArcGIS Engine là thư viện đầy đủ các thành phần GIS cho việc xây dựng, phát
triển ứng dụng. Sử dụng ArcGIS Engine, bạn có thể đưa các chức năng GIS vào
ứng dụng gồm Microsoft® Office, Word, Excel .
Cùng với Windows, Solaris, Linux (Intel), người phát triển có thể tạo ra các
ứng dụng truy cập chéo (cross-platform) cho người sử dụng trên một phạm vi
rộng.
ArcGIS Engine có năm thành phần chính:
1. Base Services – GIS ArcObjects đòi hỏi hầu hết ứng dụng GIS những đặc
trưng hình học và cách hiển thị
2. Data Access-ArcGIS Engine cung cấp sự đa dạng về định dạng vector và
raster
3. Map Presentation-ArcObjects tạo và hiển thị nhãn, biểu tượng
4. Developer Components-High điều khiển giao diện người sử dụng cho
phát triển ứng dụng và trợ giúp hệ thống cho việc hoàn thiện ứng dụng.
5. Extensions-ArcGIS Engine Runtime triển khai cùng với chức năng chuẩn
hoặc cùng với điều kiện mở rộng cho các chức năng nâng cao.
Các công nghệ khác
Ngoài 2 công nghệ phổ biến đã được nêu ở trên, để phát triển và ứng dụng
công nghệ GIS trong các lĩnh vực đời sống xã hội còn rất nhiều các công nghệ ứng
dụng khác như sau:
DolGIS.- Sản phẩm của DolSoft ra đời năm 1991.
GeoTools-Các công cụ phát triển mã nguồn mở của GIS trong Java.
MapWindow GIS: Miễn phí, Phát triển các ứng dụng mã nguồn mở.
...
Như vậy, nếu sử dụng CSDL GIS để lưu trữ thì các đối tượng cần quản lý sẽ
được lưu trữ thống nhất cả dạng hình học và thuộc tính vào bên trong các bảng dữ
liệu, và bản thân CSDL GIS cũng cung cấp một cơ chế quản lý để liên kết giữa các
thông tin thuộc tính với các đối tượng hình học với nhau. Đây là một lợi thế rất lớn
trong các hệ thống CSDL GIS hiện đại mà các CSDL khác không có được.
Xuất phát từ xu hướng công nghệ, những điểm mạnh trong từng dòng sản
phầm, hệ thống WDMS đã được lựa chọn và phát triển trên nền tảng ArcGIS.
24
Và cũng xuất phát từ những thế mạnh trong việc quản lý, xử lý, lưu trữ dữ liệu,
sự đơn giản khi sử dụng, và giao diện phần mềm thân thiện, phần mềm WDMS có
đầy đủ các chức năng mà các phần mềm khác trước đó đã phát triển, đồng thời còn
có thêm nhiều tính năng khác nữa mà trong khuôn khổ của luận văn này không thể
liệt kê ra được. Do vậy tác giả đã chọn mô hình cấp nước DAN-VAND và phần
mềm WDMS, trong đó có module “Đăng ký đường ống” để trình bày trong luận
văn.
25
CHƯƠNG 2
MÔ HÌNH CƠ SỞ DỮ LIỆU DAN-VAND VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN
TÍCH THIẾT KẾ HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG
2.1 Mô hình cơ sở dữ liệu DAN-VAND
Xuất phát từ kinh nghiệm làm việc từ các dự án cấp thoát nước tại các quốc gia
Đan Mạch, Thái Lan, Trung Quốc, Philipines và Việt Nam, công ty WaterTech
(nay đổi tên thành công ty Alectia Aqua) đã phát triển thành mô hình Cơ sở dữ
liệu cho cấp nước với tên gọi DAN-VAND, được hiệp hội cấp thoát nước Đan
Mạch (Danish Water & Sewerage association) công nhận năm 2004, lấy tên từ
tiếng Đan Mạch
Các quy tắc trong mô hình cơ sở dữ liệu DAN-VAND là cơ sở cho các thao tác
quản lý trong hoạt động cấp nước. DAN-VAND đơn thuần là một mô hình dữ liệu
về chuẩn hệ thống đăng ký đường ống nước được sử dụng ở Đan Mạch và hiện
đang được ứng dụng vào quản lý cấp nước tại Malaysia.
Một trong những mục đích chính của mô hình DAN-VAND là tạo ra một
chuẩn thống nhất cho liên kết và trao đổi dữ liệu. Việc trao đổi dữ liệu này cũng
phải phù hợp với hệ thống không hỗ trợ GIS. Chính vì vậy, sẽ có các trường dữ
liệu về tọa độ và trường để lưu các đối tượng hình học trong các bảng dữ liệu. Dữ
liệu hình học được mô tả trong đó là các điểm nối (Nodes) và các đường ống dẫn
nước (Pipes)
Có 3 thành phần cơ bản nhất trong mô hình dữ liệu DAN-VAND gồm có
những đối tượng sau:
Đường ống dẫn nước (Pipes)
Các điểm nối (Nodes) của các ống nước
Các thiết bị (Components) được gắn trên các điểm nối, như van khóa-mở
nước(valve), đồng hồ đo nước (meter), các mối nối, các điểm lắp đặt,
bơm tăng - giảm áp…
Quan hệ hình học giữa các đối tượng:
Điểm nối
Điểm nối đơn
Điểm nối kép
1 - 1
1 - n
Đường ống
Thiết bị
Thiết bị
Thiết bị
• Thiết bị hình chữ T
• Dữ liệu
• Bể chứa
• Dữ liệu bể chứa
• Van
• Dữ liệu Van
Hình 2.1: Mô hình quan hệ giữa đường ống(Pipe), điểm nối(Node )và thiết bị lắp đặt(Component)
26
Các thiết bị (Components) gắn với các điểm nối và nằm trên các đường ống.
Các điểm nối có thể cắt ở giữa các đường ống và chúng có thể là các điểm nút của
đường ống. Một hay nhiều thiết bị (components) có thể gắn với một điểm nối. Các
thiết bị phức tạp (Complex components) có thể được gắn vào như các thiết bị
thông thường khác.
Cơ sở dữ liệu chứa chứa các bảng dữ liệu, các bảng đối tượng trong đó có một
tập các giá trị được định nghĩa trước (pre-defined) và không được phép thay đổi
bởi người sử dụng hay người quản trị hệ thống. Các bảng chứa các trường dữ liệu
cơ bản (mandatory fields), phải là các trường bắt buộc và một số trường khác
(voluntary fields).
Trong tài liệu đặc tả về mô hình DAN-VAND mô tả các bảng dữ liệu của các
đối tượng được dùng trong hệ thống, quy định cách thức đặt tên trường dữ liệu,
kiểu dữ liệu, độ rộng và mối liên hệ giữa các đối tượng. Mỗi một bảng dữ liệu về
một thành phần là các quy tắc để kiểm tra về mặt hình học (topology check) và
danh sách các đối tượng mà nó liên kết. [16]
Chi tiết của các đối tượng và mô tả sẽ được làm rõ trong mục 1.13.4.3.1 ở
chương 3: Mô tả chi tiết thiết kế các lớp dữ liệu trong CSDL nghiệp vụ.
Một số thành phần mở rộng của mô hình DAN-VAND được sử dụng trong hệ
thống đăng ký và quản lý hệ thống cấp nước:
- Các điểm rò rỉ (Bursts), các điểm khách hàng phàn nàn (complaints), và dữ
liệu phục hồi - để bảo dưỡng hệ thống (rehabilitation data) không nằm trong
mô hình DAN-VAND. Nhưng nó vẫn được xây dựng trong hệ thống đăng ký
và quản lý hệ thống cấp nước.
- Ngoài ra, trong hệ thống đăng ký và quản lý hệ thống cấp nước cho phép
người đăng ký quan sát các đối tượng điểm, đối tượng đường thẳng nằm trên
một đường ống và các đối tượng vùng.
- Trong mô hình DAN-VAND, tất cả mọi sự thay đổi trong CSDL phải được
lưu lại. Điều đó có nghĩa là có một trường “physical status” để lưu lại trạng
thái của đối tượng.
- Nếu một đường ống được chia cắt thành hai vì lý do nào đó, thì đối tượng
ban đầu phải được lưu giữ trong CSDL với trường thuộc tính 'Historic' =
True. Sau đó đối tượng ban đầu này sẽ bị giấu đi.
Ngoài ra còn có những thành phần khác hỗ trợ cho việc quản lý, đó là các vùng
(Zones) cấp nước
Mô hình dữ liệu DAN-VAND cũng quy định về sự liên hệ và ràng buộc giữa
các thành phần trong mô hình, cụ thể là các thành phần được gắn trên các điểm nối
của ống nước sẽ quy định cụ thể về số lượng đầu ống được phép nối với thành
phần này, do vậy khi hệ thống tự kiểm tra thì sẽ phát hiện được sai sót trong hệ
thống.
27
Trong phân hệ Đăng ký đường ống, chỉ làm việc với các đối tượng: Điểm nối,
Đường ống, thiết bị, vùng cấp nước, do vậy trong phần phân tích CSDL của hệ
thống chỉ mô tả các lớp đối tượng phục vụ cho phân hệ Đăng ký đường ống.
2.2 Mô hình hướng đối tượng đối với cơ sở dữ liệu GIS
2.2.1 Giới thiệu
Các hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu (DBMS) đóng một vai trò trọng tâm trong
Hệ thống thông tin địa lý. Chúng đã giải phóng các nhà thiết kế GIS khỏi việc xây
dựng và duy trì một bộ phận trọng yếu và phức tạp trong hệ thống phần mềm rộng
lớn (Frank 1988a). DBMS đã trở thành một công cụ được chấp nhận rộng rãi trong
việc lưu trữ dữ liệu theo định dạng cho phép nhiều người truy cập đồng thời, ngăn
chặn mất mát dữ liệu, cũng như cung cấp các chức năng bảo mật khi truy cập
(Codd 1982). Với việc sử dụng một hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu, lập trình viên
và người sử dụng cuối cùng không cần tiến hành tất cả các thao tác của quản lý dữ
liệu thứ cấp. Theo quan điểm của một lập trình viên, dữ liệu được miêu tả bởi
những đặc tính riêng mang tính logic của chúng chứ không phải cấu trúc tự nhiên
nơi chúng được lưu trữ. Chẳng hạn, người sử dụng cơ sở dữ liệu có thể truy vấn
đối tượng “thành phố Orono” bằng cách cung cấp tên “Orono” như một đặc tính
của một đối tượng thuộc lớp “thành phố” mà chẳng cần có kiến thức gì về địa
điểm cất trữ file chứa bản ghi cụ thể hay các chi tiết về phương thức truy cập.
DBMS như là một hệ thống con của GIS có thể được thay thế bởi một sản phẩm
khác có cùng mô hình, miễn là các giao diện tương thích với nhau. [12]
Từ nhiều năm qua, các nhà khoa học về máy vi tính đã nghiên cứu thiết kế và
việc ứng dụng DBMS và hiện nay một vài hệ thống thương mại đã trở nên sẵn có.
Chúng thường dựa trên một trong các mẫu dữ liệu cổ điển – có thứ bậc (Tsichritzis
và Lochovsky 1977), mạng (CODASYL 1971), hoặc quan hệ (Codd 1982) – hoặc
các mẫu phái sinh của chúng. Trong vài năm trở lại đây, các hệ thống quản lý cơ
sở dữ liệu quan hệ thương mại đã trở nên khá phổ biến, các sản phẩm như Oracle
hay Ingres được sử dụng rộng rãi ở nhiều nơi. Chúng được xây dựng dựa trên mô
hình quan hệ, mô hình này tổ chức dữ liệu thành các bảng hoặc các mối quan hệ
(Codd 1970). Các cột trong bảng được gọi là các thuộc tính và tất cả các giá trị
trong một thuộc tính là các nhân tố của một miền chung miêu tả tập hợp của tất cả
các giá trị có thể. Còn các hàng được tham chiếu đến như các bản ghi, các cặp dữ
liệu (tuples) hoặc các phân tử quan hệ (Ullman 1982).
Trong khi các hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu quan hệ phù hợp và thành công
đối với các ứng dụng cho các dữ liệu có cấu trúc yếu như các tài khoản ngân hàng
và các hồ sơ cá nhân thì tình hình lại hoàn toàn đảo ngược đối với các dữ liệu có
cấu trúc phức tạp. Các hệ thống thông tin địa lý làm nhiệm vụ tích hợp dữ liệu từ
nhiều nguồn khác nhau vào một hệ thống đồng nhất thì cần phải có các mô hình
28
dữ liệu mạnh mẽ và linh hoạt nhằm phục vụ được nhiều nhiệm vụ hơn. Chúng bao
gồm:
Cách giải quyết phức tạp của thế giới hình học thực (Frank and Kuhn
1986; Greene and Yao1986; Herring 1987; Egenhofer et al. 1989;
Milenkovic 1989;)
Trình bày cùng một loại dữ liệu từ nhiều cung bậc khái niệm khác nhau
về độ phân giải và chi tiết (Bruegger 1989; van Oosterom 1990;
Buttenfield and McMaster 1991);
Quản trị nguồn gốc và các phiên bản của đối tượng (Sernadas 1980;
Snodgrass 1987; Langran 1989; Al-Taha and Barrera 1990); và
Sự kết hợp của các hệ thống đo lường ở nhiều độ phân giải và độ chính
xác khác nhau (Davis 1986; Buyong et al. 1991).
Các văn bản về GIS (Morehouse 1990; Frank and Mark 1991) thường chỉ ra sự
khác biệt giữa các hệ thống coi mỗi đối tượng như một thực thể riêng biệt với các
hệ thống raster. Các hệ thống raster lại lưu trữ việc phân phối các đặc tính trong
không gian (Tomlin 1990).
Do mô hình dữ liệu quan hệ tỏ ra không phù hợp với những khái niệm tự nhiên
từ trước tới nay của con người về dữ liệu không gian, người sử dụng phải tự
chuyển đổi các mô hình mental sang một tập hợp giới hạn các khái niệm mang
tính chất phi không gian. Ví dụ, do tập hợp này áp đặt quá nhiều giới hạn như các
quy tắc tiêu chuẩn hóa hóa (Codd 1972) nên các đối tượng không gian buộc phải
chia nhỏ ra thành những bộ phận nhỏ hơn (Nyerges 1980; Frank 1988a).
Gần đây một vài nhánh trong số những đề tài nghiên cứu khoa học máy tính
(như trí thông minh nhân tạo, kỹ sư phần mềm, hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu,
tương tác giữa người - máy) đã xúc tiến phương thức tiếp cận hướng đối tượng:
Các mô hình hướng đối tượng đã được phát triển để thu được nhiều ngữ
nghĩa hơn mẫu quan hệ (Brodie et al. 1984; Peckham and Maryanski
1988).
Giao diện với người sử dụng hướng đối tượng giúp hệ thống trở nên thân
thiên và dễ sử dụng hơn (Schmucker 1986).
Các hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu hướng đối tượng đã được nghiên cứu
một cách tỉ mỉ để có thể cung cấp các tính năng tương ứng cho việc lưu
trữ và phục hồi các đối tượng phức tạp (Zdonik and Maier 1990).
Các kỹ thuật phần mềm hướng đối tượng và các ngôn ngữ lập trình đã
được phát triển để hỗ trợ cho việc ứng dụng các hệ thống phần mềm
chúng ta đã thiết kế theo cách tiếp cận hướng đối tượng. Chúng cho phép
ứng dụng ngay lập tức các khái niệm đối tượng hơn là việc tái tạo chúng
bằng những ngôn ngữ lập trình truyền thống (Stroustrup 1986; Meyer
1988).
29
2.2.2 Mô hình cho hệ thống thông tin địa lý GIS [6]
Các hệ thống thông tin địa lý có chức năng như kho chứa đựng những quan sát
của con người về các đối tượng có quan hệ không gian và các đặc tính của chúng.
Để tập trung vào các vấn đề này, con người đã xây dựng các mô hình nhận thức
của các đối tượng thực và tiến hành đơn giản hóa chúng, sử dụng kỹ thuật trừu
tượng hóa cho tới khi chỉ còn lại những thành phần trọng yếu nhất. Các mô hình
nhận thức như hoặc được liên lạc một cách không chính thức bằng cách sử dụng
ngôn ngữ tự nhiên, hoặc nằm trong một hệ thống dựa trên một mô hình trừu tượng
chính thức của thực thể.
Các nhà thí nghiệm quan sát thấy rằng các khái niệm cơ bản con người sử dụng
đã được hình thành từ giai đoạn đầu trong cuộc đời con người như những kinh
nghiệm có được từ chính những trải nghiệm của cơ thể (Johnson 1987). Điều này
xảy ra ở tất cả mọi người, bởi về cơ bản chúng đều được sinh ra từ các chức năng
sinh lý học của cơ thể. Mô hình biến đổi là sự miêu tả khái quát hóa một tình
huống (Ellis et al. 1990) (ví dụ: “một người sở hữu một ngôi nhà” tương phản với
mô hình cụ thể “Ông A sở hữu ngôi nhà tại số 56 đường Nguyễn Chí Thanh”). Cơ
chế trừu tượng hóa sẵn có trong mô hình dữ liệu quyết định các mô hình biến đổi
và mô hình cụ thể có thể được sử dụng, và từ đó quyết định khả năng diễn đạt của
GIS. Nếu cơ chế trừu tượng hóa không đầy đủ, mô hình biến đổi của thực tế sẽ trở
nên không tương thích và việc tham chiếu từ khái niệm của người sử dụng về hoạt
động đối tượng vào mô hình GIS sẽ gặp nhiều trở ngại và rất khó hiểu. Điều này
sẽ khiến cho GIS trở nên khó sử dụng.
Hình 2.2: Mối quan hệ giữa Mô hình, Công nghệ phần mềm và cơ sở dữ liệu cho GIS.
2.2.2.1 Các mô hình dữ liệu và cơ chế trừu tượng hóa
Một bộ phận quan trọng trong các chức năng xây dựng – mô hình được phát
triển từ mô hình dữ liệu cho hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu trong GIS. Một mô
hình dữ liệu là một tập hợp của:
Các loại cấu trúc dữ liệu
Các quy tắc thực hành hoặc suy diễn
Ràng buộc toàn vẹn dữ liệu
30
Nó cung cấp các công cụ, chẳng hạn như các ngôn ngữ sẵn có, để mô tả mô
hình biến đổi của cơ sở dữ liệu (Date 1986). Các ví dụ về mô hình dữ liệu có thể
tìm thấy là mô hình quan hệ (Codd 1970), Mô hình – Quan hệ - Thực thể (Chen
1976) và mô hình hướng – đối tượng (Manola and Dayal 1986;Bancilhon et al.
1988).
Mô hình dữ liệu của hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu phải thiết lập cơ sở cho các
cơ chế trừu tượng hóa, những cơ chế cũng được đưa vào ngôn ngữ lập trình và môi
trường phần mềm; do đó công nghệ phần mềm phải cung cấp cho người sử dụng
những công cụ để ứng dụng các cơ chế trừu tượng hóa vào ngôn ngữ lập trình. Ví
dụ, nếu một mô hình yêu cầu một cơ chế để thiết lập các đối tượng có thể bao hàm
các đối tượng khác thì ngôn ngữ lập trình sử dụng trong trường hợp này cần đưa ra
một phác đồ để tập hợp tất cả các nhân tố mà là một bộ phận của một nhân tố
khác. Sự thiếu hụt các phác đồ thích hợp trong ngôn ngữ lập trình thường dẫn tới
việc giả lập khiến cho các hệ thống phần mềm trở nên phức tạp và khó duy trì.
Việc một hệ thống thông tin được thiết kế sử dụng một mô hình – quan hệ - đối
tượng (Chen 1976), rồi được bổ sung vào một ngôn ngữ lập trình tương tự - Algol
(như Pascal hay C), và được mở rộng để truy cập vào một hệ thống quản lý dữ liệu
quan hệ thông qua một ngôn ngữ truy vấn nhúng như SQL nhúng hay Quel nhúng
được coi là chuẩn mực. Sự bất tương thích xuất hiện tại mỗi giao diện giữa hai tập
hợp công cụ là do tồn tại các mô hình khác nhau cho việc trình bày thông tin.. Các
chức năng quan trọng của một nhân tố phải thường xuyên được mô phỏng trong
một nhân tố khác. Những mô phỏng này khiến tính hiệu quả bị giảm xuống và dẫn
tới sự thiếu nhất quán giữa việc thiết kế, triển khai và thực thi. Kết quả là sản
phẩm, dựa trên một mẫu thiết kế rời rạc, đã tiêu tốn một cách thái quá các nguồn
lực và rất khó để duy trì.
2.2.2.2 Mô hình hướng đối tượng
Ý tưởng cơ bản về định hướng đối tượng xuất phát từ việc quan sát thấy thế
giới thường được coi là một tập hợp bao hàm các đối tượng tương tác lẫn nhau
theo nhiều cách khác nhau. Tương tác giữa các đối tượng có thể được nhìn nhận
như một lệnh, hay thông điệp, được gửi tới một đối tượng – bằng lời nói hoặc bằng
một số hành động, ví dụ như các tác động cơ học. Dựa trên các hoạt động thông
thường được ứng dụng vào trong đối tượng – hoặc lệnh mà chúng phản hồi –
chúng được nhóm lại thành các lớp. Ban đầu khái niệm này được giới thiệu trong
lĩnh vực lập trình như một bộ phận của ngôn ngữ mô phỏng SIMULA (Dahl and
Nygaard 1966). Càng gần đây chúng càng trở nên phổ biến và được thừa nhận
rộng rãi.
Trong công nghệ phần mềm, hướng đối tượng đã trở thành phương pháp thiết
kế hàng đầu cho việc tạo mô hình đối tượng giống như những gì con người quan
sát được từ thực tế. Không giống như các phương pháp tiếp cận được sử dụng
Tải về để xem bản đầy đủ
112 trang
08/06/2025
100
Bạn đang xem 30 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GIS của ESRI và mô hình dữ liệu DAN-VAND trong lĩnh vực cấp nước sạch", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
File đính kèm:
- luan_van_nghien_cuu_ung_dung_cong_nghe_gis_cua_esri_va_mo_hi.pdf
