Tài liệu 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 NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN HẢI CHÂU Hà Nội- 2009 8 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... 9 LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. 10 MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 11 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH CẤP NƢỚC .......................................... 12 1.1 Vai trò và tầm quan trọng của việc quản lý cấp nƣớc ....................................... 12 1.2 Các hệ thống quản lý cấp nƣớc......................................................................... 13 CHƢƠNG 2: MÔ HÌNH CƠ SỞ DỮ LIỆU DAN-VAND VÀ PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HƢỚNG ĐỐI TƢỢNG ............................................. 25 2.1 Mô hình cơ sở dữ liệu DAN-VAND ................................................................ 25 2.2 Mô hình hƣớng đối tƣợng 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 tƣợng hƣớng đối tƣợng .......................................................... 31 2.2.4 Mô hình hóa trực quan .............................................................................. 35 2.2.5 Tổng kết.................................................................................................... 43 CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG GIS SỬ DỤNG ARCGIS TRÊN MÔ HÌNH DỮ LIỆU DAN-VAND TRONG QUẢN LÝ CẤP NƢỚC 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 đƣờng ống trong WDMS – Pipe Registration .............................. 50 3.4.2 Mục tiêu của Hệ thống đăng ký đƣờng 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 đƣợc .................................................................................... 99 3.6 Kết quả thực tế dự án WDMS áp dụng phân hệ Đăng ký đƣờng ống ...............108 3.7 Định hƣớng phát triển của sản phẩm tại Việt Nam ..........................................109 CHƢƠNG 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 chƣa đƣợc ai công bố dƣới bất cứ hình thức nào. Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trƣớc nhà trƣờng về sự cam đoan này! Hà nội, ngày ... tháng ... năm 2009 Tác giả Nguyễn Việt Hùng 10 LỜI CẢM ƠN Luâ ̣n văn này đƣợc hoàn thành ngoài nỗ lƣ̣c hế t sƣ́c của bản thân , trong quá trình làm việc tôi đã nhận đƣợc sự hƣớng dẫn , giúp đỡ tận tình của các thầy cô tại khoa Công nghê ̣ Thông tin, Đại học Công Nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội Xin chân thành gƣ̉i lời cảm ơn tới các thầ y cô g iáo khoa Công nghệ Thông tin , Trƣờng đại học Công Nghệ, đă ̣c biê ̣t là thầ y giáo , Tiế n si ̃ Nguyễn Hải Châu, ngƣời trƣ̣c tiế p hƣớng 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 Phƣớc 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 gƣ̉i lời cám ơn tới cha m ẹ, bạn bè, đồ ng nghiê ̣p và nhƣ̃ng ngƣời thân đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian qua. Luận văn thạc sĩ này đƣợc thực hiện trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu mang mã số QG.09.27, Đại học Quốc gia Hà Nội. 11 MỞ ĐẦU Hiê ̣n nay viê ̣c ƣ́ng du ̣ng và triể n 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 trƣờng, và đặc biệt là trong việc quản lý mạng lƣới cấp nƣớc sạch. Mục đích của đề tài là trình bày lại những kiến thức cơ bản đã đƣợc áp dụng để xây dựng thành công dự án phát triển phần mềm "Quản lý cấp nƣớc sạch" đang đƣợc sử dụng tại thành phố Seremban, Malaysia, nhằm tìm ra một hƣớng giải pháp để có thể mở rộng, khai thác năng lực của dự án để có thể áp dụng đƣợc rộng rãi ở nhiều nơi, nhất là ở Việt Nam. Luâ ̣n văn gồ m 4 chƣơng với bố cu ̣c nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổ ng quan về mô hình cấp nƣớc Trình bày về vai trò và tầm quan trọng của việc quản lý cấp nƣớc và một số mô hình cấp nƣớc.. Chƣơng 2: Trình bày chi tiết về mô hình cơ sở dữ liệu cấp nƣớc DAN-VAND và phƣơng pháp phân tích thiết kế hƣớng đối tƣợng áp dụng Chƣơng 3: Trình bày chi tiết mô tả hệ thống phần mềm quản lý mạng lƣới cấp nƣớc sạch, sử dụng GIS trong việc đăng ký đƣờng ống. Trình bày kết quả thực tiễn thực hiện dự án, và định hƣớng phát triển mở rộng Chƣơng 4: Kế t luận và kiến nghị 12 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH CẤP NƢỚC 1.1 Vai trò và tầm quan trọng của việc quản lý cấp nƣớc Nƣớc sạch và sử dụng nƣớc sạch là nhu cầu thiết yếu của con ngƣời, kể cả trong xã hội nguyên thủy đến xã hội hiện đại nhƣ ngày nay. Thử hình dung trong cuộc sống hàng ngày chúng ta bị thiếu nƣớc sạch để sinh hoạt thì điều gì sẽ sảy ra? Nƣớc sạch có thể đƣợc khai thác bằng các hình thức khác nhau, nhƣ giếng đào, giếng khoan, nƣớc mƣa...nhƣng ngày nay con ngƣời đã xây dựng đƣợc một mô hình mạng lƣới cấp nƣớc chung phục vụ cho một phạm vi địa bàn rộng lớn, và từ một nguồn khai thác, nƣớc đƣợc xử lý để đảm bảo vệ sinh đủ tiêu chuẩn để đƣa 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 nƣớc cần phải đáp ứng đƣợc các yêu cầu về sự phát triển tăng lên một cách nhanh chóng của dân cƣ 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 đƣợc một cách tối đa khả năng cung cấp nƣớc sạch và không bị ảnh hƣởng bới sự thay đổi của kết cấu cơ sở hạ tầng. Để làm đƣợc điều đó thì trƣớc 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 đƣợc đánh giá là văn minh thì một trong các tiêu chí để đánh giá là đô thị đó phải có hệ thống phân phối nƣớc sạch tốt, đáp ứng đƣợc nhu cầu sinh hoạt của ngƣời dân và phục vụ cho các lĩnh vực khác, hệ thống nƣớc sạch có vai trò rất quan trọng đối với các lĩnh vực của đời sống văn hóa xã hội của ngƣời dân, thể hiện những nỗ lực trong quản lý của các cấp chính quyền. Để làm đƣợc việc đó thì cần phải có một bộ máy chuyên trách đảm nhiệm việc quản lý hệ thống cấp nƣớc, đảm bảo duy trì hệ thống hoạt động từ việc lắp đặt hệ thống bơm dẫn, tích trữ, xây lắp mạng lƣới dẫn nƣớc, các điểm xử lý...và đƣa nƣớc sạch vào các hộ dân, quản lý hệ thống hóa đơn, đồng hồ, duy tu, bảo dƣỡng hệ thống, quản lý tài sản... Tất cả những công đoạn đó đƣợc gọi là quản lý cấp nƣớc. Ở Thụy Điển, nƣớc và các dịch vụ công cộng theo quy định đƣợc quản lý bởi các đô thị. Khi các công trình cấp nƣớc đô thị bắt đầu đƣợc 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 nƣớc công cộng của chính họ. Chỉ các công ty công nghiệp lớn đƣợc cấp phép khai thác nƣớc mặt hoặc nƣớc ngầm cho các công trình cấp nƣớc riêng của họ. 13 Trong những năm 90 của thế kỷ trƣớc, có hơn 2 nghìn công trình cấp nƣớc và 67 nghìn km đƣờng ống cấp nƣớc của các thành phố, cung cấp cho 7,7 triệu ngƣời tiêu dùng hay 90% dân số với nƣớc sạch chất lƣợng cao. Lƣợng nƣớc tiêu thụ cao nhất vào cuối những năm 1960, khi có tới 800 triệu mét khối nƣớc đã đƣợc sử dụng hàng năm. Việc rò rỉ trong hệ thống đƣờng ống đƣợc ƣớc tính bằng khoảng 20%. Ngày nay lƣợng nƣớc tiêu thụ vào khoảng 730 triệu mét khối, tính ra mỗi gia đình tiêu thụ khoảng 200 lít/ ngƣời/ngày. Theo thống kê, năm 2004 trên thế giới có khoảng 3,5 tỉ ngƣời đang sử dụng nƣớc sạch từ các vòi nƣớc hay nguồn nƣớc công cộng của các nhà máy cấp nƣớc. 1,3 tỉ ngƣời sử dụng nƣớc từ các nguồn giếng khoan, giếng đào. Một tỉ ngƣời sử dụng nƣớc từ các nguồn thiên nhiên nhƣ sông, suối, ao hồ [9]. Những thống kê trên chỉ ra cho thấy, việc quản lý cấp nƣớc 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 nƣớc Hệ thống quản lý cấp nƣớc là một hệ thống trợ giúp cho con ngƣời để quản lý trong lĩnh vực cấp nƣớc sinh hoạt, đƣợc tự động hóa nhằm làm giảm tối đa sức lao động bằng chân tay, và các thao tác thủ công nhƣng vẫn thực hiện đƣợc đầy đủ các chức năng nghiệp vụ trong hệ thống cấp nƣớc. Các hoạt động trong việc quản lý cấp nƣớc gồm có: - Đảm bảo chất lƣợng nƣớc đƣợc xử lý - Thiết kế mạng lƣới đƣờng ống cấp nƣớc và các thành phần đƣợc lắp đặt và phân tích nhu cầu sử dụng trong hệ thống - Quản lý lƣu lƣợng và áp lực cho mạng lƣới đƣờng 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 dƣỡng hệ thống mạng lƣới đƣờng ống Sau đây là một số hệ thống quản lý cấp nƣớc hiện có trên thị trƣờng: Hệ thống WATSYS. [17] Hệ thống WATSYS đƣợc cơ quan bảo vệ môi trƣờng Hoa Kỳ phát triển, với hạt nhân cơ bản là EPANET WATSYS sẽ giúp ngƣời dùng phân tích, thiết kế và quản lý hệ thống cấp nƣớc. Đó là một hệ thống thông tin đồ họa (GIS) cho các cơ sở hạ tầng nƣớc. 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 tƣơng lai, hoặc để dự đoán năng suất của hệ thống trong trƣờng hợp khẩn cấp nhƣ trục trặc máy bơm, sự hỏng hóc, trang thiết bị trục trặc hoặc cháy nổ. Nó có thể 14 đƣợc 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 lƣợng nƣớc bao gồm việc phân rã clo, phân phối florua, tìm nguồn nƣớc và đo tuổi của nƣớc. Các mô hình để thấy rõ hơn về sự chuyển động và biến đổi của nƣớc đã đƣợc 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, nhƣng 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 ngƣời sử dụng có thể chọn, hoặc xác định vị trí chỉnh sửa các thành phần trong hệ thống cấp nƣớc. Các sơ đồ chính đƣợc tạo ra từ các bản vẽ đƣợc tô bằng các mã màu cho các lớp đối tƣợng chồng xếp. Hình 1.1: Giao diện phần mềm WATSYS được mở trong phần mềm AutoCAD Trên thanh công cụ này, ngƣời sử dụng có thể: - Thêm các điểm nối (Nodes), các đƣờng ống (Pipes), sửa hoặc xem dữ liệu của mình - Xác định vị trí các điểm nối và đƣờng 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 nhƣ: Chèn các dòng văn bản, tô màu các đối tƣợng, đặt kích thƣớc và biểu tƣợng các đối tƣợng, các tiều đề, mô tả ngƣời sử dụng...sơ đồ dòng chảy đƣợc gán nhãn 15 trên các đƣờng ống, các điểm nối, áp suất đƣờng ống, đƣờng kính đƣờng ống, dòng chảy, sự giảm /mất mát và vận tốc dòng chảy. - Đặt biểu tƣợng cho các đối tƣợng Điểm nối, các đƣờng 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 đƣờng ống để hiển thị thông tin hoặc sửa đổi thông tin của đối tƣợng 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 ngƣời dùng chọn khi di chuột lên các điểm nối hoặc đƣờng ống. - Nháy đúp chuột lên các điểm nối hoặc đƣờng ống để sửa đổi thông tin thuộc tính cho đối tƣợng - Có khả năng phóng to/thu nhỏ, sao chép, lƣu, in sơ đồ - Chèn các dòng văn bản hay chú giải lên sơ đồ - Các đƣờng ống thể hiện bán kính của từng đối tƣợng tƣơng ứng - Màu sắc của các đƣờng ống thể hiện các thông tin chính của ngƣời dùng - Có thể xem đƣợc các biểu đồ thời gian nếu nháy chuột lên các điểm nối hay đƣờng ống - Có thể nhìn thấy đƣợc áp lực đƣờng ống, vận tốc, chất lƣợng nƣớc, tuổi nƣớc bằng sự biến đổi màu sắc trên các đƣờng 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 phƣơng pháp phân tích khoảng thời gian và các phƣơng pháp phân tích khác: o Trạng thái ổn định 16 o Mở rộng khoảng thời gian o Chất lƣợng nƣớc: o Nơi tập trung hóa chất o Tuổi của nƣớc o Lƣu vết của nguồn cấp nƣớc o Các trạm bơm cung cấp nƣớc o Các hồ chứa nhƣ thùng hoặc các mức thủy lực cố định o Điều khiển Valve theo các mức hoặc theo dòng chảy o Mở và đóng đƣờng ống bằng cách sử dụng thiết bị chuyển mạch o Tình trạng đƣờng 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 đƣờng ống, chọn để in ấn o Tạo độ dài đƣờng ống từ hệ thống tọa độ o Kích thƣớc đƣờng ống phân cách tỷ lệ với hệ số gồ ghề của đƣờng ống o Điều chỉnh hệ số gồ ghề với kích thƣớc ống, chất liệu đƣờng ống, tuổi, vận tốc dòng chảy Hình 1.3: Hiển thị thông tin đối tượng Với mô hình nhƣ vậy, việc phân tích dòng chảy và ghi lại sự thay đổi của dòng chảy theo thời gian của WATSYS đƣợc thể hiện nhƣ hình dƣới đây: 17 Hình 1.4: Biểu đồ thời gian 4. Quản lý kho đường ống Phục vụ cho công tác duy tu bảo dƣỡng hệ thống, ghi chép các mã màu sẽ giúp ngƣời quản lý có thể ƣu 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 Nhƣ vậy với những mô tả nhƣ 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 lƣu 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 tƣợng trong hệ thống phân phối nƣớc. Mô hình cấp nƣớc đƣợc mô tả không có thiết kế chi tiết các bảng dữ liệu, không chỉ ra đƣợc mối quan hệ giữa các đối tƣợng 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 đƣờng ống, từ đó hiển thị thành các sơ đồ và biểu đồ. o Hệ thống chƣa đề cập đƣợc các giải pháp để chống rò rỉ, kênh thông tin khách hàng, chƣa 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 nƣớc. Hệ thống quản lý phân phối nƣớc 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 nƣớc sạch, trong đó chủ yếu là chống rò rỉ, và sử dụng hạt nhân là mô hình dữ liệu DANVAND Các chức năng chính trong hệ thống bao gồm các module sau: - Pipe Registration - Đăng ký đƣờng ống - Leakage Auditing – Theo dõi và kiểm soát sự thất thoát nƣớc - Pressure Management – Quản lý áp lực đƣờng 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 dƣỡng, nâng cấp - Report management – Các báo cáo phục vụ cho việc quản lý và theo dõi hệ thống - Administrator – Quản lý ngƣời 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 nƣớc: Trong WDMS, mô hình cấp nƣớc sử dụng hoàn toàn mô hình DAN-VAND, sẽ đƣợc mô tả chi tiết trong chƣơng 2 của luận văn này - Cơ sở dữ liệu của WDMS là CSDL GIS, sử dụng phần mềm ArcGIS của hãng ESRI (www.esri.com), tích hợp vào một hệ quản trị CSDL. - 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 trƣờng: 1. Công nghệ MapInfo [24], [26] MapInfo: là phần mềm bản đồ đang đƣợc sử dụng rất rộng rãi trên thị trƣờng Việt Nam. Một điểm mạnh của MapInfo là khả năng hiển thị, giàn trang in rất tiện lợi và đây là một trong những ƣu thế của MapInfo so với các phần mềm GIS khác. Giải pháp desktop (ứng dụng độc lập) của MapInfo tƣơng đối nhỏ gọn nên MapInfo đang đƣợc chiếm ƣu 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 nhƣ các giải pháp mạng và Web của các hãng khác hiện đang ít đƣợc sử dụng trên thị trƣờng Việt Nam, vì trên thực tế thị trƣờng 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] ESRI-Environmental Systems Research Institute (http://www.esri.com) là Viện nghiên cứu môi trƣờng, ra đời năm 1969 ở Mỹ. Sản phẩm nổi tiếng của hãng là bộ sản phẩm ArcGIS đang dần trở thành công cụ GIS đƣợc 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 nhƣng 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 nhƣ vậy, hiện nay ở Việt Nam, việc sử dụng và khai thác những thế mạnh của ArcGIS đang đƣợc các bộ, ban, ngành, và các địa phƣơng sử dụng rộng rãi cho mục đích phát triển kinh tế xã hội và nghiên cứu. Và trong một tƣơng lai không xa, nó sẽ dẫn thay thế các sản phẩm về GIS khác Đầu tiên, dữ liệu đƣợc biên soạn thành đối tƣợng 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 đƣợc trong nhiều các ứng dụng GIS. Ngƣời 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 lƣợng, 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 đƣợc sử dụng để hoàn thành hầu hết các thao tác GIS. Khái niệm của phần mềm GIS đã đƣợc chứng minh rộng rãi bởi các chuyên gia GIS trong gần 200 nghìn tổ chức trên khắp thế giới. Ngoại trừ một vài ý tƣởng của GIS trong mô hình máy tính hiện đại clien/server đã rất thành công thì càng ngày tầm nhìn của GIS càng đƣợc 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 hƣớng đối tƣợng, 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 ngƣời sử dụng trên mạng. Ngƣời sử dụng GIS kết nối tới trung tâm GIS chủ nhƣ Web browsers với thiết bị máy tính di động, thiết bị số. Sơ đồ dƣới 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 đƣợc cho việc thực thi GIS cho một hoặc nhiều ngƣời 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 chƣơng 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 nhƣ ArcGIS Desktop and ArcGIS Engine cho máy PC ArcGIS là cơ sở cho ArcObjects™, thƣ viện modul chƣơng trình để chia sẻ với thành phần của phần mềm GIS. ArcObjects bao gồm các thành phần chƣơng trình mở rộng, các đối tƣợng nhỏ nhƣ đối tƣợng hình học tới đối tƣợng lớn nhƣ đối tƣợng 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 ngƣời, những ngƣời cần tính năng của ứng dụng GIS trong công việc thƣờng ngày của họ. ArcGIS Engine cung cấp một dãy giao diện ngƣời sử dụng. Ví dụ nhƣ: Map Control và Globe Control, chúng có thể đƣợc sử dụng để tƣơng tác với bản đồ. Cùng với ArcGIS Engine, ngƣời phát triển có thể xây dựng các hàm GIS sử dụng C++, Component Object Model (COM), .NET, or Java. Ngƣời phát triển có thể xây dựng các ứng dụng cùng với ArcGIS Engine hoặc gắn vào GIS những ứng dụng đã tồn tại nhƣ Microsoft® Word hoặc Excel. Hình 1.7: Sử dụng ArcGIS Engine gắn vào GIS trong ứng dụng ArcGIS Engine là ví dụ về môi trƣờng 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 trƣờng 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 ngƣời sử dụng. ArcGIS Engine có COM, .NET, Java, và C++ (API). ArcGIS Engine là thƣ viện đầy đủ các thành phần GIS cho việc xây dựng, phát triển ứng dụng. Sử dụng ArcGIS Engine, bạn có thể đƣa các chức năng GIS vào ứng dụng gồm Microsoft® Office, Word, Excel . Cùng với Windows, Solaris, Linux (Intel), ngƣời phát triển có thể tạo ra các ứng dụng truy cập chéo (cross-platform) cho ngƣời 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 trƣng 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 tƣợng 4. Developer Components-High điều khiển giao diện ngƣời 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 đƣợc 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 nhƣ sau:  DolGIS.- Sản phẩm của DolSoft ra đời năm 1991. http://www.dolsoftvn.com  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.  ... Nhƣ vậy, nếu sử dụng CSDL GIS để lƣu trữ thì các đối tƣợng cần quản lý sẽ đƣợc lƣu 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 tƣợng 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 đƣợc. Xuất phát từ xu hƣớng công nghệ, những điểm mạnh trong từng dòng sản phầm, hệ thống WDMS đã đƣợc lựa chọn và phát triển trên nền tảng ArcGIS. 24 Và cũng xuất phát từ những thế mạnh trong việc quản lý, xử lý, lƣu 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 trƣớc 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 đƣợc. Do vậy tác giả đã chọn mô hình cấp nƣớc DAN-VAND và phần mềm WDMS, trong đó có module “Đăng ký đƣờng ống” để trình bày trong luận văn. 25 CHƢƠNG 2 MÔ HÌNH CƠ SỞ DỮ LIỆU DAN-VAND VÀ PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HƢỚNG ĐỐI TƢỢNG 2.1 Mô hình cơ sở dữ liệu DAN-VAND Xuất phát từ kinh nghiệm làm việc từ các dự án cấp thoát nƣớc 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 nƣớc với tên gọi DAN-VAND, đƣợc hiệp hội cấp thoát nƣớc 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 nƣớc. DAN-VAND đơn thuần là một mô hình dữ liệu về chuẩn hệ thống đăng ký đƣờng ống nƣớc đƣợc sử dụng ở Đan Mạch và hiện đang đƣợc ứng dụng vào quản lý cấp nƣớc 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 trƣờng dữ liệu về tọa độ và trƣờng để lƣu các đối tƣợng hình học trong các bảng dữ liệu. Dữ liệu hình học đƣợc mô tả trong đó là các điểm nối (Nodes) và các đƣờng ống dẫn nƣớc (Pipes) Có 3 thành phần cơ bản nhất trong mô hình dữ liệu DAN-VAND gồm có những đối tƣợng sau:  Đƣờng ống dẫn nƣớc (Pipes)  Các điểm nối (Nodes) của các ống nƣớc  Các thiết bị (Components) đƣợc gắn trên các điểm nối, nhƣ van khóa-mở nƣớc(valve), đồng hồ đo nƣớc (meter), các mối nối, các điểm lắp đặt, bơm tăng - giảm áp… Quan hệ hình học giữa các đối tƣợng: Điểm nối đơn 1-1 Điểm nối Đường ống Điểm nối kép 1-n 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 đƣờng ống. Các điểm nối có thể cắt ở giữa các đƣờng ống và chúng có thể là các điểm nút của đƣờng ống. Một hay nhiều thiết bị (components) có thể gắn với một điểm nối. Các thiết bị phức tạp (Complex components) có thể đƣợc gắn vào nhƣ các thiết bị thông thƣờng khác. Cơ sở dữ liệu chứa chứa các bảng dữ liệu, các bảng đối tƣợng trong đó có một tập các giá trị đƣợc định nghĩa trƣớc (pre-defined) và không đƣợc phép thay đổi bởi ngƣời sử dụng hay ngƣời quản trị hệ thống. Các bảng chứa các trƣờng dữ liệu cơ bản (mandatory fields), phải là các trƣờng bắt buộc và một số trƣờng khác (voluntary fields). Trong tài liệu đặc tả về mô hình DAN-VAND mô tả các bảng dữ liệu của các đối tƣợng đƣợc dùng trong hệ thống, quy định cách thức đặt tên trƣờng dữ liệu, kiểu dữ liệu, độ rộng và mối liên hệ giữa các đối tƣợng. 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 tƣợng mà nó liên kết. [16] Chi tiết của các đối tƣợng và mô tả sẽ đƣợc làm rõ trong mục 1.13.4.3.1 ở chƣơng 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 đƣợc sử dụng trong hệ thống đăng ký và quản lý hệ thống cấp nƣớc: - Các điểm rò rỉ (Bursts), các điểm khách hàng phàn nàn (complaints), và dữ liệu phục hồi - để bảo dƣỡng hệ thống (rehabilitation data) không nằm trong mô hình DAN-VAND. Nhƣng nó vẫn đƣợc xây dựng trong hệ thống đăng ký và quản lý hệ thống cấp nƣớc. - Ngoài ra, trong hệ thống đăng ký và quản lý hệ thống cấp nƣớc cho phép ngƣời đăng ký quan sát các đối tƣợng điểm, đối tƣợng đƣờng thẳng nằm trên một đƣờng ống và các đối tƣợng vùng. - Trong mô hình DAN-VAND, tất cả mọi sự thay đổi trong CSDL phải đƣợc lƣu lại. Điều đó có nghĩa là có một trƣờng “physical status” để lƣu lại trạng thái của đối tƣợng. - Nếu một đƣờng ống đƣợc chia cắt thành hai vì lý do nào đó, thì đối tƣợng ban đầu phải đƣợc lƣu giữ trong CSDL với trƣờng thuộc tính 'Historic' = True. Sau đó đối tƣợng 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 nƣớc 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 đƣợc gắn trên các điểm nối của ống nƣớc sẽ quy định cụ thể về số lƣợng đầu ống đƣợc phép nối với thành phần này, do vậy khi hệ thống tự kiểm tra thì sẽ phát hiện đƣợc sai sót trong hệ thống.