Giải pháp kiểm soát áp lực và clo dư trên mạng lưới cấp nước

Giải pháp kiểm soát áp lực và clo dư trên mạng lưới cấp nước mạng lưới cấp nước, hệ thống cấp nước, kiểm soát áp lực nước, kiểm soát clo dư trên mạng lưới cấp nước, quản lý hệ thống cấp nước huyện Bình Chánh, thành phố Hồ Chí Minh

ĐINH QUỐC PHONG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS TRONG QUẢN LÝ MẠNG LƯỚI VÀ HƯỚNG TỚI CHUYỂN ĐỔI

SỐ TẠI CÔNG TY CỔ PHẦN CẤP NƯỚC TÂN HÒA

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngành Kỹ Thuật Cơ Sở Hạ Tầng Chuyên Ngành Cấp Thoát Nước

Mã số: 8580210-1

Hà Nội – 2022

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI

ĐINH QUỐC PHONG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS TRONG QUẢN LÝ MẠNG LƯỚI VÀ HƯỚNG TỚI CHUYỂN ĐỔI

SỐ TẠI CÔNG TY CỔ PHẦN CẤP NƯỚC TÂN HÒA(Research on gis technology application in asset

management and together to digital transformation at Tan Hoa water supply joint stock company)

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CB hướng dẫn: PGS TS Trần Thị Hiền Hoa

Hà Nội - 2022

học viên dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Trần Thị Hiền Hoa Tất cả các nội dung tham khảo đều được trích dẫn nguồn đầy đủ và đúng theo quy định

Tôi xin chịu trách nhiệm về nội dung và lời cam đoan này

TP.HCM, ngày 30 tháng 9 năm 2022

Tác giả luận văn

ĐINH QUỐC PHONG

LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sĩ với đề tài: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ gis trong quản lý mạng lưới và hướng tới chuyển đổi số tại công ty cổ phần cấp nước Tân Hòa được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của quý Thầy Cô Em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến quý Thầy Cô Bộ môn Cấp Thoát nước, Trường Đại học xây Dựng Hà Nội, đặc biệt PGS TS Trần Thị Hiền Hoa Cô đã tận tình hướng dẫn, bổ sung cho em những kiến thức quý báu về Mạng lưới cấp nước, mô hình mạng lưới và chuyên ngành cấp nước từ lý thuyết đến thực tiễn đã giúp em hoàn thành đề tài luận văn này

Bên cạnh đó, em cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn đến phía lãnh đạo Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn và lãnh đạo Công ty Cổ phần Cấp nước Tân Hòa đã cung cấp thông tin và tạo điều kiện tối đa cho em thu thập những dữ liệu quan trọng và số liệu cần thiết để em có thể hoàn thành đề tài này

Với những nỗ lực và cố gắng của bản thân trong quá trình thực hiện đề tài cũng không tránh khỏi những sai sót và những khuyết điểm Chính vì vậy những ý kiến đóng góp từ Thầy Cô và kiến thức thực tế được trang bị trong quá trình học tập tại Trường sẽ là nền tảng, hành trang quý báu giúp em hoàn thiện tốt hơn về chuyên môn nghiệp vụ phục vụ công tác tại đơn vị, góp phần hoàn thành nhiệm vụ chính trị chung của Thành phố về đảm bảo cấp nước sạch an toàn, liên tục cho nhân dân Thành phố Hồ Chí Minh nói chung và mạng lưới cấp nước Tân Hòa

Và cuối cùng, tôi xin gửi lời cám ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã luôn bên cạnh giúp đỡ, động viên và ủng hộ tôi trên con đường học vấn, làm việc để hoàn thành luận văn này

Một lần nữa, tôi xin gửi lời cảm ơn và lời chúc sức khỏe đến tất cả mọi người

TP.HCM, ngày 30 tháng 09 năm 2022

Tác giả luận văn

ĐINH QUỐC PHONG

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 6

1.1 Tổng quan về mạng lưới cấp nước Thành phố Hồ Chí Minh 6

1.1.1 Hiện trạng mạng lưới cấp nước truyền dẫn (ống cấp 1, cấp 2) 6

1.1.2 Hiện trạng địa bàn quản lý của công ty cấp nước Tân Hoà 7

1.1.2.1 Sơ lược về quá trình hình thành và phát triển 7

1.1.2.2 Ngành nghề kinh doanh 8

1.1.2.3 Sơ đồ Cơ cấu bộ máy quản lý tại Tân Hòa 9

1.2 Tổng quan mô hình quản lý hiện nay của công ty cấp nước Tân Hòa 11

1.2.1 Hệ thống cấp nước và mạng lưới cung cấp [9] 11

1.2.2 Hiện trạng quản lý mạng lưới hiện nay 12

1.2.3 Phân tích và đánh giá những mặt còn hạn chế khi chưa áp dụng phần mềm ArcGis 15

1.3 Tổng quan về phần mềm ArcGIS[5] 16

Minh họa: Bộ phần mềm ứng dụng ArcGIS 16

1.3.1 Công cụ lập trình 17

1.3.2 Hoạt động hiện trường 17

1.3.3 Quy trình công việc nâng cao 17 1.4 Cơ sở của việc chuyển đổi dữ liệu mạng lưới thành dữ liệu thuộc tính 20

1.4.1 Chuyển dữ liệu từ bản vẽ AutoCAD sang GIS 20

1.4.2 Chuyển dữ liệu từ bản vẽ giấy sang GIS 21

1.4.3 Chuyển dữ liệu ảnh vệ tinh (viễn thám) sang GIS 21

1.5 Sơ lược nghiên cứu về các phần mềm ứng dụng trong quản lý mạng

1.5.2 Những nghiên cứu trong nước 24

1.5.2.1 Hệ thống quản lý phân phối nước sạch WDMS do VIDAGIS nghiên cứu và phát triển [2] 24

1.5.2.2 Nghiên cứu của Lê Văn Dực-Trường Đại học Bách khoa TP.HCM (ĐHQG TP.HCM) đăng trên tạp chí KH&CN, tập 11, số 5 năm 2008 24

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

2.1 Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý GIS 25

2.1.1 Khái niệm về GIS 25

2.1.2 Các thành phần cơ bản của hệ thống GIS 25

2.1.2.1 Hệ thống phần cứng 26

2.1.2.2 Phần mềm 27

2.1.2.3 Cơ sở dữ liệu (dữ liệu địa lý) 28

2.1.2.5 Quy trình làm việc 29

2.1.3 Mối quan hệ của GIS với các ngành khoa học khác 29

2.2 Đặc tính quản lý của GIS theo dữ liệu không gian 30

2.2.1 Đặc tính cơ sở dữ liệu trong GIS 30

2.2.1.1 Cơ sở dữ liệu và quan hệ cơ sở dữ liệu trong GIS 30

2.2.2 Cấu trúc cơ sở dữ liệu trong GIS 33

2.2.2.1 Cơ sở dữ liệu không gian (dữ liệu địa lý) 33

2.2.2.2 Các quan hệ không gian của dữ liệu địa lý 35

2.2.3 Các chức năng cơ bản của hệ thống GIS 37

2.2.3.1 Thu thập, nhập dữ liệu 37

2.2.3.2 Xử lý dữ liệu 37

2.2.3.3 Lưu trữ, quản lý và biên tập dữ liệu 38

2.2.3.5 Hiển thị và tương tác 38

2.2.3.4 Tra cứu và phân tích không gian 39

2.2.4 Những vấn đề tối ưu hóa trong quản lý mạng lưới cấp nước khi ứng dụng GIS 39

2.2.5 Tối ưu hóa mô hình trong quản lý tài sản mạng lưới 39

2.2.6 Tối ưu hóa mô hình giám sát và điều khiển áp lực mạng lưới 40

2.3 Một số lịch sử nghiên cứu trong nước 40

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC TRẠNG VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ỨNG DỤNG GIS TRONG CÔNG TÁC QUẢN LÝ MẠNG LƯỚI CÔNG TRÌNH CẤP NƯỚC 42

3.1 Giới thiệu về Công ty Cổ phần Cấp nước TÂN HÒA 42

3.1.1 Thông tin chung 42

nước Tân Hòa 49

3.2.1 Thực trạng về công tác quản lý dự án đầu tư xây dựng công trình cấp nước tại Ban Quản lý Dự án - Công ty Cổ phần Cấp nước Tân Hòa 49

3.2.1 Giai đoạn quản lý, vận hành công trình 54

3.2.2 Thực trạng ứng dụng GIS tại Công ty Cổ phần Cấp nước Tân Hòa hiện nay 55

3.2.2.1 Giới thiệu về hệ thống GIS của Công ty Cổ phần Cấp nước tân Hòa 55

3.2.2.2 Thực trạng ứng dụng GIS tại Công ty Cổ phần Cấp nước Tân Hòa hiện nay 56

3.3 Đề xuất các giải pháp nâng cao ứng dụng GIS trong công tác quản lý dự án đầu tư xây dựng các công trình cấp nước tại Công ty Cổ phần Cấp nước Tân Hòa 59

3.3.1 Ứng dụng GIS vào giai đoạn khảo sát, thiết kế công trình 59

3.3.1.3 Chuyển hóa họa đồ công trình ngầm từ bản vẽ Autocad sang nền GIS 60

3.3.1.4 Thiết kế mạng lưới cấp nước bằng phần mềm WaterGerms 61

3.4 Nhận xét 89

KẾT LUẬN 90

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

Hình 1 5: Thống kê chiều dài đường ống 11

Hình 1 6: Bản đồ phân vùng quản lý DMA 11

Hình 1 7: Mạng lưới phân vùng mạng lưới phân phối 12

Hình 1 8: Bản đồ ĐHT vùng 1 13

Hình 1 9: Bản đồ ĐHT vùng 2 13

Hình 1 10: Tủ tín hiệu DMA vùng 1 14

Hình 1 11: Tủ tín hiệu DMA vùng 2 14

Hình 1 12: Hình ảnh minh họa hầm ĐHT 15

Hình 3-1: Địa bàn quản lý của Công ty Cổ phần Cấp nước TÂN HÒA 43

Hình 3-2: Sơ đồ tổ chức Công ty Cổ phần Cấp nước Tân Hòa 45

Hình 3-3: Sơ đồ tổ chức của Ban Quản lý Dự án 46

Hình 3-4: Thông tin chi tiết về tài sản trên mạng lưới được cập nhật liên tục trên hệ thống GIS 56

Hình 3-5: Giao diện hệ thống quản lý sự cố cấp nước của công ty Tân Hòa 58Hình 3-6: Điểm bể luôn được xử lý và cập nhật kip thời lên hệ thống 58

Hình 3-7: Quy trình cập nhật họa đồ nền trên nền GIS 60

Hình 3-8: Quy trình cập nhật hệ tọa độ VN2000 cho họa đồ nền 60

Hình 3-9: Quy trình chuyển hóa họa đồ công trình ngầm từ Autocad sang nền GIS 61

Hình 3-10: Quy trình các công việc thiết kế mạng lưới cấp nước bằng phần mềm WaterGerms tích hợp trên nền GIS 65

Hình 3-11: Bản vẽ của một mặt bằng trong một dự án cấp nước trên GIS 66

Hình 3-12: Mặt bằng công trình đã được cập nhật đầy đủ các công trình ngầm 68

ii

Hình 3-13: Vạch tuyến mạng lưới cấp nước trên mặt bằng công trình đã cập nhật đầy đủ các công trình ngầm 69Hình 3-14: Chuyển hóa layer “Ống cấp_nước” sang đường ống pipe phân tích thủy lực bằng chức năng Model Builder của WaterGerms 70Hình 3-15: Kết quả chuyển đổi thành đường ống pipe trên nền GIS 70Hình 3-16: Tự động phân bổ nhu cầu dùng nước về các nút của WaterGerms trên nền GIS bằng chức năng LoadBuilder 71Hình 3-17: Khai báo thông số áp lực thỏa mãn điều kiện P > 10m H20 72Hình 3-18: Khai báo các thông số vận tốc thỏa mãn điều kiện Vkl < Vtk < Vkx 73Hình 3-19 Khai báo các thông số tổng mức đầu tư phần vật tư và đường ống 74Hình 3-20: Khai báo giá các loại vật liệu đường ống thông qua chức năng Darwin Dersigner 74Hình 3-21: Các giải pháp đã được chương trình tự động tính toán đưa ra với tổng chi phí (Total Cost), và điểm hiệu quả (Total Benefit) tương ứng 75Hình 3-22: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa chi phí, điểm hiệu quả tương ứng với phương án đường kính, vật liệu ống đã chọn 75Hình 3-23: Mặt cắt ngang phui đào thường dùng lắp đặt ống cấp nước 76Hình 3-24: Bảng tính khối lượng đào đất (m3 ) tương ứng với các kích thước đường ống 78Hình 3-25: Bảng tính khối lượng cần tái lập cấp phối (m3 ) tương ứng với từng kích thước đường ống của phui đào 79Hình 3-26: Bảng tính khối lượng tái lập bê tông nhựa (m3) tương ứng với từng kích thước phui đào đường ống 80Hình 3-27: Bảng tính khối lượng tái lập cát (m3 ) tương ứng với từng kích thước phui đào của ống 81Hình 3-28: Bảng tính chi phí nhân công phần thi công của đường ống 82Hình 3-29: Bảng chiết tính chi phí máy móc thi công phui đào đường ống 83Hình 3-31: Bảng ghi chú công tác tiến độ thực hiện trên GIS 85Hình 3-32: Tạo Geometric Network cho hệ thống mạng lưới cấp nước 86

Hình 3-33: Quy định và vai trò các đối tượng trên mạng lưới cấp nước 86Hình 3-34: Các công cụ hỗ trợ mô phỏng vận hành van 87Hình 3-36: Xác định chính xác được van cần đóng/mở 88

iv

DANH MỤC VIẾT TẮT

AutoCAD Computer Aided Design Thiết kế được hỗ trợ của máy tính

DEM Digital Elevation Model Mô hình số độ cao

ESRI Environmental Systems Research Institute

Viện nghiên cứu hệ thống môi trường

System

Hệ thống thông tin địa lý

GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu

HMI Human Machine Interface Giao diện tương tác người – máy

SCADA Supervisory Control And Data Acquisition

Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu

WaterCAD Water Distribution Modeling and Analysis Software

Phần mềm thủy lực WaterCAD

WaterGEMS Water Geographic Engineering Modeling Systems

Phần mềm thủy lực WaterGEMS

WebGIS

Phần mềm GIS trên nền Web cho phép quản lý, phân tích, cập nhật, phân phối, chia sẻ thông tin

1

MỞ ĐẦU

Đô thị hóa là quá trình phát triển đô thị và gắn liền sự gia tăng dân số với sự phát triển kinh tế, công thương nghiệp của các thành phố Một trong những vấn đề an sinh xã hội của quá trình đô thị hóa là mạng lưới cấp nước phục vụ cho nhu cầu sản xuất và sinh hoạt của người dân, đảm bảo mục tiêu 100% hộ dân được sử dụng nước sạch Ngày nay, công nghệ thông tin đang có chiều hướng phát triển mạnh mẽ và thâm nhập sâu vào hầu hết các ngành khoa học, các hoạt động thực tiễn và quản lý, đặc biệt là sự ra đời và phát triển của công nghệ GIS Đây là một ngành công nghệ mới, hiện đại được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành, nhiều lĩnh vực ở khắp nơi trên thế giới nhằm hiện đại hoá công tác quản lý, xử lý, phân tích, quy hoạch và tăng cường năng lực công tác cho người quản lý cho phép chúng ta lưu trữ, thể hiện và thực hiện hàng loạt các phép phân tích phức tạp một cách nhanh chóng và chính xác Các công ty cấp nước có một lượng lớn tài sản luôn cần phải theo dõi và quản lý, bảo dưỡng và vận hành liên tục Trong công tác này thì bản đồ hiện trạng mạng lưới cấp nước là tài liệu chuyên ngành rất quan trọng và cần thiết Trong thời gian vừa qua, hệ thống bản đồ mạng lưới cấp nước được xây dựng chủ yếu bằng phương pháp thủ công trên giấy hoặc theo ghi chép của từng người do đó gặp rất nhiều khó khăn trong công tác quản lý cũng như vận hành bảo dưỡng thường xuyên Mặc khác, trong công tác quản lý cấp nước, các thông tin thường phải được cập nhật thường xuyên và với khối lượng lớn Hơn nữa, việc tổng hợp số liệu để theo dõi, quản lý thường mất thời gian do phải tổng hợp từ nhiều nguồn Đặc biệt, yếu tố không gian của số liệu rất quan trọng vì đa số đây là các công trình ngầm và có lịch sử sử dụng trên chục năm, hơn thế nữa nó còn chứa nhiều thông tin GIS, với khả năng mạnh về phân tích, quản lý dữ liệu không gian, rất phù hợp trong công tác này Do đó việc ứng dụng GIS quản lý cấp nước là hết sức cần thiết

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Hiện nay trong quá trình đất nước ta đang trên con đường công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước, nên không tránh khỏi hạ tầng đô thị cũng phải phát triển nhanh để đáp ứng nhu cầu đó Trong đó việc phát triển mạng lưới cấp nước nhằm cung cấp đủ

lượng nước để phục vụ người dân là điều không tránh khỏi Do tốc độ phát triển mạng lưới cấp nước quá nhanh đã dẫn đến sự quản lý mạng lưới cấp nước của các vùng đô thị trên cả nước hiện nay chưa được chặt chẽ Và dẫn đến việc hoạ đồ mạng lưới cập nhật không chính xác gây khó khăn cho công tác quản lý và duy tu sửa chữa Hiện nay đa phần các công ty cấp nước ở Việt Nam đang quản lý các tài sản mạng lưới của mình trên các bản vẽ hoàn công trên giấy, word, excel, AutoCAD, … một cách rời rạc thiếu thống nhất, có những đơn vị cấp nước cũng đã có sự đầu tư về hệ thống quản lý mạng lưới cấp nước xong vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu về vận hành hiện nay

Công ty Cổ phần Cấp nước Tân Hòa hiện đang quản lý cấp nước khu vực Quận Tân bình, quận Tân Phú và phường 10 – quận Phú Nhuận, Thành phố Hồ Chí Minh với số đấu nối khách hàng (đồng hồ nước) là 149.000 đấu nối Với địa bàn quản lý rộng và số khách hàng tương đối lớn, tuy vậy vẫn còn quản lý mạng lưới bằng bản vẽ giấy và phần mềm AutoCAD, dẫn đến sự quản lý chưa được đầy đủ và chính xác, nhất là công tác quản lý mạng lưới đường ống, vị trí các van và các đấu nối khách hàng Dẫn đến tỷ lệ thất thoát nước cao lãng phí nguồn tài nguyên nước

Từ thực trạng trên, nhu cầu cấp thiết là phải xây dựng mô hình quản lý mạng lưới mới, ứng dụng những công nghệ mới vào việc quản lý mạng lưới thay thế cho mô hình

quản lý thủ công hiện nay Do đó nội dung nghiên cứu luận văn là “Nghiên cứu ứng

dụng phần mềm ArcGIS vào công tác quản lý mạng lưới cấp nước Tân Hòa” sẽ

giải quyết được đa số những nhu cầu trên và xây dựng được mô hình quản lý mạng lưới cấp nước mới một cách tối ưu và hiệu quả hơn

2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

 Quản lý hồ sơ dữ liệu liên quan đến hệ thống cấp nước, cho phép lưu trữ, cập nhật và tìm kiếm, truy xuất số liệu một cách dễ dàng

 Giúp cho công tác báo cáo, quản lý, vận hành bảo dưỡng, thiết kế quy hoạch cấp nước một cách tiện lợi và nhanh chóng

 Ứng dụng phần mềm ArcGIS để xây dựng mô hình quản lý mạng lưới cấp nước thay cho cách quản lý thủ công như hiện nay tại công ty Tân Hòa

3

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

 Đối tượng nghiên cứu luận văn bao gồm:

- Mạng lưới cấp nước của Công ty cấp nước Tân Hòa

- Mạng lưới cấp nước sạch, hệ thống đường ống cấp 2, ống phân phối, mạng lưới cấp nước Tân Hòa bao gồm:

- Hệ thống đường ống truyền dẫn (ống cấp 1): Ống truyền dẫn được thiết kế dùng để nhằm chuyển tải một lượng lớn nước với khoảng cách dài, thông thường là giữa các công trình chính trong hệ thống cấp nước Các khách hàng đơn lẻ thường không được cung cấp nước trực tiếp từ tuyến ống truyền dẫn - Hệ thống đường ống phân phối (ống cấp 2): Ống phân phối là đường ống

trung gian với mục đích chuyển nước tới khách hàng Đường kính ống phân phối nhỏ hơn đường kính ống truyền dẫn và thường bố trí theo địa hình và theo đường giao thông trong thành phố

- Các công trình phụ trợ có liên quan (van, trụ cứu hỏa, điểm xả cặn, ống ngánh, đồng hồ khách hàng, đồng hồ tổng, mối nối, )

 Phạm vi ứng dụng:

- Toàn bộ địa bàn quản lý mạng lưới cấp nước của Công ty Cổ phân Cấp nước Tân Hòa.- Quận Tân Bình, và Quận tân Phú, Phường 10 – Quận Phú Nhuận của Thành Phố Hồ Chí Minh

4 CÁCH TIẾP CẬN

 Tiếp cận lý thuyết, tìm hiểu các tài liệu đã được nghiên cứu

 Tiếp cận thực tế: đi khảo sát, nghiên cứu, thu thập các số liệu thực tế

 Tiếp cận hệ thống: tiếp cận, tìm hiểu, phân tích hệ thống từ tổng thể đến chi tiết, đầy đủ và chính xác

 Phần mềm MapInfo,

 Sử dụng phần mềm ArcGIS và dữ liệu các đồng hồ điện từ để thực hiện

5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

 Đánh giá tổng quan thực trạng về quản lý mạng lưới cấp nước của Công ty Cổ phần Cấp nước Tân Hoà …, các nghiên cứu có liên quan

 Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và phương pháp ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý GIS và phần mềm ArcGIS trong quản lý mạng lưới cấp nước Tân Hòa

 Ứng dụng nghiên cứu phần mềm ArcGIS để quản lý mạng lưới cấp nước Tân Hòa

6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

 Sử dụng phương pháp phân tích hệ thống nhằm lập sơ đồ hệ thống thể hiện các tiến trình, cơ sở dữ liệu và dòng dữ liệu cho hệ thống

 Thiết kế đầy đủ cơ sở dữ liệu cho hệ thống Sử dụng phương pháp xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu liên kết nhằm xây dựng cơ sở dữ liệu cho hệ thống

 Thu thập bản đồ hành chánh của Thành phố HCM, chuyển bản đồ địa chính (bản đồ thửa) từ định dạng dữ liệu AutoCad sang định dạng dữ liệu Mapinfo để tạo bản đồ nền

 Thu thập và nhập các số liệu về hệ thống cấp nước vào hệ thống quản lý:

 Điều tra, phỏng vấn, tổ chức thảo luận nhóm các cán bộ quản lý trong các phòng ban , đội của Công ty về công tác quản lý cấp nước

 Thu thập các bản đồ về hiện trạng hệ thống cấp nước thông qua các hồ sơ quyết toán công trình Cụ thể như hệ thống đường ống, hệ thống van, hệ thống trụ cứu hỏa, hầm xả, …

 Phương pháp phân tích dữ liệu, thống kê

 Phương pháp bản đồ (dùng phần mềm ArcGIS để thành lập bản đồ, Google Map, Google Earth)

 Phương pháp đánh giá và xử lý số liệu

 Phương pháp tổng hợp các kết quả nghiên cứu

 Phương pháp mô hình hóa: Mô hình hóa mạng lưới cấp nước bằng công nghệ GIS

 Phương pháp mô phỏng vận hành: Mô phỏng vận hành mạng lưới cấp nước, mô phỏng vận hành van

7 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

 Đề tài đã xây dựng được một hệ thống thông tin địa lý phục vụ công tác quản lý cấp nước khu vực Quận Tân Bình và Tân Phú Cập nhật, số hóa và xây dựng cơ sở

 Hơn thế nữa, bản đồ hành chính Thành phố Cần HCM, bản đồ địa chính khu vực nội ô Thành phố HCM cũng được xây dựng

 Hiện trạng đường ống cấp nước các thiết bị liên quan thể hiện cụ thể Hơn thế nữa, các kết quả cập nhật và tìm kiếm được trong Mapinfo chúng ta có thể dễ dàng chuyển sang Google Earth mà vẫn giữ nguyên được thông tin thuộc tính của chúng (mỗi màu thể hiện một đường kính của ống cấp nước)

 Quản lý được tài sản mạng lưới cấp nước và chăm sóc khách hàng hiện đại và tốt hơn

 Giám sát được tình trạng mạng lưới cấp nước và xử lý sự cố qua hệ thống mạng

 Quản lý vận hành mạng lưới cấp nước và hỗ trợ cho công tác giảm thất thoát nước

 Thiết lập dữ liệu mạng lưới cấp nước chính xác để dễ dàng quản lý cũng như định hướng về quy hoạch, sữa chữa, bảo dưỡng , bảo trì và phát triển mạng lưới cấp nước một cách hiệu quả nhất

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về mạng lưới cấp nước Thành phố Hồ Chí Minh

Mạng lưới cấp nước Thành phố Hồ Chí Minh là một hệ thống có quy mô lớn với tổng chiều dài khoảng trên 6500 km đường ống (ống có đường kính D=100 ÷2400 mm) trải rộng trên địa bàn 23 quận huyện (trừ địa bàn huyện Củ Chi) và đặt dưới sự quản lý trực tiếp của Xí nghiệp Truyền dẫn Nước sạch (quản lý, vận hành các tuyến ống truyền tải), 08 công ty Cổ phần Cấp nước và 01 Xí nghiệp Cấp nước Cần Giờ, 01 Xí nghiệp Nước Sinh hoạt Nông thôn (quản lý, vận hành, khai thác mạng lưới phân phối)

Tỷ lệ nước nước thất thoát khoảng: 26% (cập nhật năm 2018, nguồn SAWACO) Tỷ lệ dân số được cấp nước: 100% (trong đó qua HTCN của SAWACO là 90%) Tổng số đấu nối khách hàng: khoảng 1.250.000 đấu nối

Mạng lưới cấp nước được phát triển qua nhiều giai đoạn lịch sử nên đa dạng về chủng loại đường ống (bê tông nòng thép dự ứng lực, gang dẻo, gang xám, uPVC, HDPE, thép, Xi măng Amian (AC), ….)

Hình 1 1: Thống kê các chủng loại ống cấp nước trên mạng lưới cấp nước TP.HCM

Trích nguồn: Quy hoạch tổng thể hệ thống cấp nước TP.HCM đến năm 2025 của Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn, 2015

1.1.1 Hiện trạng mạng lưới cấp nước truyền dẫn (ống cấp 1, cấp 2)

Mạng truyền dẫn nước sạch (ống cấp 1, cấp 2) tại Tp Hồ Chí Minh thuộc SAWACO do Xí nghiệp Truyền dẫn nước sạch quản lý bao gồm:

7

 Ống cấp 1 (đường kính 500mm, 600mm, 750mm, 800mm, 900mm, 1.000mm, 1.200mm, 1500mm, 1.800mm, 2.000mm, 2.400mm)

 Ống cấp 2 (đường kính 350mm, 375mm, 400mm, 450mm, 500mm, 600mm)

 Trên hệ thống mạng truyền dẫn có: van, đồng hồ tổng, tháp cắt áp, trụ chữa cháy, hệ thống quản lý chất lượng nước trên mạng Cụ thể như sau:

- Van: có 3000 van và hầm van các loại trên mạng truyền dẫn Các loại van bao gồm: van chận tuyến, van xả khí, van xả cặn, van giảm áp (số liệu tính đến tháng 12/2016)

- Đồng hồ tổng: Hệ thống đồng hồ tổng phân vùng, tách mạng, phục vụ công tác đo đếm sản lượng là 426 cái, trong đó mua bán sỉ 308 cái (tính đến tháng 12/2016), đa dạng về chủng loại: đồng hồ cơ, đồng hồ điện từ, đồng hồ điện lưới, đồng hồ que (AquaProbe)

- Tháp cắt áp: có 02 tháp cắt áp tại: 19A Điện Biên Phủ (cuối tuyến ống D2000mm từ Nhà máy nước Thủ Đức) và tháp Tham Lương (cuối tuyến ống D2000mm – D1500mm từ Nhà máy nước Tân Hiệp) để tránh hiện tượng nước va, bảo vệ an toàn cho tuyến ống truyền tải chính

- Quản lý chất lượng nước trên mạng lưới cấp nước: có hệ thống theo dõi chất lượng nước nước trên mạng truyền dẫn Ngoài ra, công tác ghi nhận áp lực, các chỉ tiêu áp lực nước được thực hiện thủ công và định kỳ 01 lần/tháng tại các vị trí trên mạng truyền dẫn

 Tổng chiều dài đường ống cấp 1 (với đường kính ≥600mm) là 255.275 m và ống cấp 2 (với đường kính từ 350mm-600mm) là 393.523 m (số liệu tính đến tháng 12/2016) trải rộng trên địa bàn 23 quận, huyện (trừ địa bàn huyện Củ Chi) Như vậy tổng chiều dài tuyến ống cấp 1 và 2 khoảng: 648.798 m

1.1.2 Hiện trạng địa bàn quản lý của công ty cấp nước Tân Hoà 1.1.2.1 Sơ lược về quá trình hình thành và phát triển

Năm 2005 : Chi nhánh Cấp nước Tân Hòa được thành lập và chính thức đi vào hoạt động ngày 04/10/2005 trên cơ sở tách ra từ Chi nhánh Cấp nước Phú Hòa Tân

theo Quyết định số : 68/ QĐ-TCT-TC ngày 31/08/2005 của Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn hoạt động theo mô hình Công ty mẹ- Công ty con

+ Năm 2010 : Chi nhánh Cấp nước Tân Hòa chuyển đổi thành Công ty TNHH MTV Cấp nước Tân Hòa theo quyết định số 3745 / QĐ-UBND ngày 24 tháng 8 năm 2010 của Ủy ban nhân dân Thành phố Hồ Chí Minh về việc phê duyệt Đề án chuyển đổi Chi nhánh Cấp nước Tân Hòa thành Công ty Trách nhiệm hữu hạn một thành viên

+ Công ty TNHH MTV Cấp nước Tân Hòa chính thức đi vào hoạt động từ ngày 01/11/2010 theo Luật Doanh Nghiệp năm 2005, theo Giấy chứng nhận đăng ký Doanh nghiệp số 0310350068 do Sở Kế hoạch và Đầu tư cấp đăng ký lần đầu ngày 6/10/2010

1.1.2.2 Ngành nghề kinh doanh

 Quản lý mạng lưới và Cung ứng kinh doanh nước sạch trên địa bàn được phân công là Quận Tân Bình, Quận tân Phú, và Phường 10 – Quận Phú Nhuận

9

1.1.2.3 Sơ đồ Cơ cấu bộ máy quản lý tại Tân Hòa

Hình 1 2: Sơ đồ tổ chức Công ty Cổ phần Cấp nước Tân Hòa

 Đại hội đồng cổ đông;

 Hội đồng quản trị;

 Ban Kiểm soát

 Giám đốc và 2 Phó Giám đốc phụ trách kinh doanh và kỹ thuật

 10 Phòng, Ban, Đội chuyên môn nghiệp vụ, gồm: - Phòng Tổ chức Hành chánh

- Phòng Kế toán Tài chính - Phòng Kế hoạch Đầu tư - Phòng Thương vụ - Phòng Khách Hàng

- Đội Quản lý đồng hồ nước

- Đội Thu tiền - Phòng Kỹ thuật

- Đội Thi Công Xây Lắp - Đội Thi công Tu bổ

Hình 1 3: Mặt bằng khu vực quản lý

Hình 1 4: Số lượng Đồng hồ nước

11

1.2 Tổng quan mô hình quản lý hiện nay của công ty cấp nước Tân Hòa

1.2.1 Hệ thống cấp nước và mạng lưới cung cấp [9]

Hình 1 5: Thống kê chiều dài đường ống

Hình 1 6: Bản đồ phân vùng quản lý DMA

Hình 1 7: Mạng lưới phân vùng mạng lưới phân phối 1.2.2 Hiện trạng quản lý mạng lưới hiện nay

Tổng số DMA được thiết lập tại Quận Tân Phú thuộc Vùng 1 là 24 DMA Tuy nhiên, trong quá trình khảo sát và thiết kế thì nhận xét rằng áp lực tại quận Tân Phú thấp (trung bình khoản 6,2 mH2O) nên đã thiết kế kết hợp 1 số các DMA lại thành DMZ

Tại Vùng 2 đã thiết lập 20 DMA để Công ty Cổ phần cấp nước Tân Hòa thực hiện công tác giảm nước không doanh thu

Tổng số lượng ĐHT trên các DMA tại Công ty Cổ phần cấp nước Tân Hòa có như sau:

Số lượng ĐHT đang mua bán sỉ nước sạch 20 18

Số lượng ĐHT trên các DMA được thể hiện minh hoạ bởi các hình dưới đây:

13

Hình 1 8: Bản đồ ĐHT vùng 1

Hình 1 9: Bản đồ ĐHT vùng 2

Hình 1 10: Tủ tín hiệu DMA vùng 1

Hình 1 11: Tủ tín hiệu DMA vùng 2

 Tính được tương đối chính xác tỉ lệ thất thoát nước;

 Theo dõi và ưu tiên giảm rò rỉ;

 Áp dụng đóng van từng bước để xác định khu vực của mạng lưới bị rò rỉ;

 Có thể theo dõi mức độ thành công của công tác giảm rò rỉ;

 Quản lý áp lực nước để đáp ứng yêu cầu khách hàng;

 Xác định các khu vực quản lý nguồn vốn hiệu quả và tiết kiệm nhất;

 Phân chia quyền sở hữu và tính tự giác cho các nhóm caretaker chịu trách nhiệm quản lý và vận hành mạng lưới

Tuy nhiên, để phục vụ được các vấn đề trên thì công tác theo dõi quản lý dữ liệu về lưu lượng và áp lực đòi hỏi phải được cập nhật, liên tục và chính xác Vì vậy, việc phân chia mạng lưới thành các DMA nhỏ, trên mỗi DMA được lắp đặt đồng hồ tổng bằng điện từ để thực hiện các mục đích trên là rất cần thiết

Nhưng để thực hiện quản lý các dữ liệu để phục vụ cho nhu cầu quản lý mạng lưới, thông tin khách hàng thì cần phải có một phần mềm quản lý các dữ liệu trên và có thể đưa các con số thống kê để xử lý một cách có hiệu quả thì cần phải ứng dụng phần mềm ArcGIS vào để xử lý

1.3 Tổng quan về phần mềm ArcGIS[5]

ArcGIS là hệ thống GIS hàng đầu hiện nay, cung cấp một giải pháp toàn diện từ thu thập/nhập số liệu, chỉnh lý, phân tích và phân phối thông tin trên mạng Internet tới các cấp độ khác nhau như CSDL địa lý cá nhân hay CSDL của các doanh nghiệp Về mặt công nghệ, hiện nay các chuyên gia GIS coi công nghệ ESRI là một giải pháp mang tính chất mở, tổng thể và hoàn chỉnh, có khả năng khai thác hết các chức năng của GIS trên các ứng dụng khác nhau như: ứng dụng máy trạm (ArcGIS Desktop), máy chủ (ArcGIS Server), các ứng dụng Web (ArcIMS, ArcGIS Online), hoặc hệ thống thiết bị di động (ArcPAD, Collector for ArcGIS, Survey123 for ArcGIS) và có khả năng tương tích cao đối với nhiều loại sản phẩm của nhiều hãng khác nhau

Minh họa: Bộ phần mềm ứng dụng ArcGIS

17

ArcGIS Desktop bao gồm những công cụ rất mạnh để quản lý, cập nhật, phân tích thông tin và xuất bản tạo nên một hệ thống thông tin địa lý (GIS) hoàn chỉnh, cho phép:

 Ưu điểm công nghệ GIS: Quản lý tốt công việc hàng ngày, dễ sử dụng, tương thích với quy trình quản lý

Phần mềm quản lý cấp nước theo công nghệ GIS chỉ thuận tiện cho việc tra cứu thông tin khách hàng, tính toán áp lực, biết được tình trạng cung cấp nước thiếu hay đủ, chủ động lịch trình thiết kế cải tạo, mở rộng mạng lưới mà còn hỗ trợ công tác thống kê theo yêu cầu Việc sử dụng công nghệ GIS trong vận hành cấp nước cung cấp cái nhìn tổng thể về toàn bộ mạng lưới cấp nước, phục vụ việc sửa chữa hỏng hóc, thay lắp đường ống, đồng hồ, nắm bắt thông tin khách hang, tiết kiệm thời gian và công sức

Ngoài ra, phần mềm GIS không phủ nhận những công cụ quản lý trước đây mà còn hỗ trợ và bổ sung nó như phần mềm Water billing (quản lý khách hàng) và các công cụ lưu trữ thông tin khác: Excel, Word, Asset

1.3.1 Công cụ lập trình

Tất cả các khả năng của ArcGIS Online đều có sẵn thông qua API và SDK Các lập trình viên có thể bắt đầu công việc của họ bằng cách sử dụng các bản đồ, các phân tích và kiểu dáng mà các đồng nghiệp thành lập bản đồ đã tạo Mở rộng và tùy chỉnh các mục ArcGIS Online và phát triển các ứng dụng tùy biến bằng các công cụ lập trình

1.3.2 Hoạt động hiện trường

Kết nối các hoạt động hiện trường và văn phòng với dữ liệu được chia sẻ Tạo dữ liệu, bản đồ và ứng dụng để cho những người làm việc tại hiện trường tham khảo hoặc sử dụng để thu thập dữ liệu Lấy bản đồ khi đang ngoại tuyến hoặc đồng bộ khi được kết nối lại Các nguồn cấp dữ liệu thu thập được đi vào ArcGIS Online sẽ được sử dụng trong các ứng dụng và bảng thông tin

1.3.3 Quy trình công việc nâng cao

Sử dụng các công cụ hiện hành để tạo ra các bản đồ chứa các bản đồ nền tùy chỉnh, ký hiệu hóa theo nhiều thuộc tính và hiển thị nhãn chính xác Tự động hóa quy

trình thao tác với dữ liệu Tạo, chỉnh sửa và quản lý dữ liệu phức tạp 2D và 3D Hoàn thành các quy trình công việc này bằng ArcGIS Pro và chia sẻ thành quả công việc của bạn thông qua ArcGIS Online hay MapInfo

MapInfo có các chức năng sau: Hỗ trợ tốt kiểu dữ liệu vectơ với các quan hệ

topo, Cho phép chồng xếp các định dạng ảnh (raster) làm nền bản đồ, Hỗ trợ in bản đồ, Kết nối với Crystal Report (lập báo cáo dựa trên cơ sở dữ liệu địa lý của bản đồ), Lập trình tự động hóa công việc với MapBasic

 Tạo và chỉnh sửa dữ liệu tích hợp (dữ liệu không gian tích hợp với dữ liệu thuộc tính), cho phép sử dụng nhiều loại định dạng dữ liệu khác nhau thậm chí cả những dữ liệu lấy từ Internet;

 Truy vấn dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính từ nhiều nguồn và bằng nhiều cách khác nhau;

 Hiển thị, truy vấn và phân tích dữ liệu không gian kết hợp với dữ liệu thuộc tính;

 Thành lập bản đồ chuyên đề và các bản in có chất lượng trình bày chuyên nghiệp ArcGIS Destop là một bộ phần mềm ứng dụng gồm: ArcMap, ArcCatalog, ArcToolbox, ModelBuilder, ArcScene và ArcGlobe Khi sử dụng các ứng dụng này đồng thời, người sử dụng có thể thực hiện được các bài toán ứng dụng GIS bất kỳ, từ đơn giản đến phức tạp, bao gồm cả thành lập bản đồ, phân tích địa lý, chỉnh sửa và biên tập dữ liệu, quản lý dữ liệu, hiển thị và xử lý dữ liệu, chia sẻ dữ liệu GIS Phần mềm ArcGIS Desktop được cung cấp cho người dùng ở 1 trong 3 cấp bậc với mức độ chuyên sâu khác nhau là ArcView (Basic) , ArcEditor (Standard), ArcInfo (Advanced):

ArcView (Basic): Cung cấp đầy đủ chức năng cho phép biểu diễn, quản lý, xây

dựng và phân tích dữ liệu địa lý, các công cụ phân tích không gian cùng với việc biên tập và phân tích thông tin từ các lớp bản đồ khác nhau đồng thời thể hiện các mối quan hệ và nhận dạng các mô hình Với ArcView, cho phép:

 Ra các quyết định chuẩn xác hơn dựa trên các dữ liệu địa lý;

 Xem và phân tích các dữ liệu không gian bằng nhiều phương pháp;

 Xây dựng đơn giản và dễ dàng các dữ liệu địa lý;

19

 Tạo ra các bản đồ có chất lượng cao;

 Quản lý tất cả các file, CSDL và các nguồn dữ liệu;

 Tùy biến giao diện người dùng theo yêu cầu

ArcEditor (Standard): Là bộ sản phẩm có nhiều chức năng hơn, dùng để

chỉnh sửa và quản lý dữ liệu địa lý ArcEditor bao gồm các tính năng của ArcView và thêm vào đó là một số các công cụ chỉnh sửa, biên tập Với ArcEditor, cho phép:

 Dùng các công cụ CAD để tạo và chỉnh sửa các đặc tính GIS;

 Tạo ra các CSDL địa lý thông minh;

Đưa ra quyết định trong nháy mắt Bản đồ và bảng điều khiển dễ hiểu hỗ trợ việc ra quyết định sáng suốt Thông báo trạng thái hoạt động hiện trường cho người quản lý bằng cách giám sát, theo dõi và báo cáo nguồn cấp dữ liệu thời gian thực, theo dõi vị trí và các hoạt động tập trung vào những gì quan trọng nhất Trình bày bản đồ và trang tổng quan để bao gồm các yếu tố cấu thành các hoạt động và sự kiện ảnh hưởng đến chúng

Biết những gì xảy ra trên thực địa Cho phép những người trong hiện trường chia sẻ theo dõi vị trí của họ để bạn có thể biết mọi người đang ở đâu và họ đã ở đâu Theo dõi vị trí là một khả năng của ArcGIS có thể được thực hiện thông qua nhiều giải pháp Đối với nhân viên hiện trường, việc theo dõi có thể được thực hiện thông qua một ứng dụng di động do người dùng kiểm soát hoàn toàn Các nhà quản lý và giám sát được ủy quyền có thể sử dụng ứng dụng web để trực quan hóa và phân tích dữ liệu theo dõi nhằm phân bổ tốt hơn nhân viên hiện trường đến các khu vực cần thiết và hỗ trợ quản lý hiệu quả hơn các hoạt động tại hiện trường.

 Tạo quy trình công việc một cách chuyên nghiệp cho 1 nhóm và cho phép nhiều người biên tập;

 Xây dựng và giữ được tính toàn vẹn của không gian bao gồm các quan hệ hình học topo giữa các đặc tính địa lý;

 Quản lý và mở rộng mạng lưới hình học;

 Làm tăng năng suất biên tập;

 Quản lý môi trường thiết kế đa người dùng với versioning;

 Duy trì tính toàn vẹn giữa các lớp chủ đề và thúc đẩy tư duy logic của người dùng;

 Cho phép chỉnh sửa dữ liệu độc lập (khi tạm ngừng kết nối với CSDL)

ArcInfo (Advanced): Là bộ sản phẩm ArcGIS đầy đủ nhất ArcInfo bao gồm

tất cả các chức năng của ArcView lẫn ArcEditor Cung cấp các chức năng tạo và quản lý một hệ GIS, xử lý dữ liệu không gian và khả năng chuyển đổi dữ liệu, xây dựng dữ liệu, mô hình hóa, phân tích, hiển thị bản đồ trên màn hình máy tính và xuất bản bản đồ ra các phương tiện khác nhau Với ArcInfo, cho phép:

 Xây dựng một mô hình xử lý không gian rất hữu dụng cho việc tìm ra các mối quan hệ, phân tích dữ liệu và tích hợp dữ liệu;

 Thực hiện chồng lớp các lớp vector, nội suy và phân tích thống kê;

 Tạo ra các đặc tính cho sự kiện và chồng xếp các đặc tính của các sự kiện đó;

 Chuyển đổi dữ liệu và các định dạng của dữ liệu theo rất nhiều loại định dạng;

 Xây dựng những bộ dữ liệu phức tạp, các mô hình phân tích và các đoạn mã để tự động hóa các quá trình GIS;

 Sử dụng các phương pháp trình diễn, thiết kế, in ấn và quản lý bản đồ để xuất bản bản đồ

1.4 Cơ sở của việc chuyển đổi dữ liệu mạng lưới thành dữ liệu thuộc tính

Hệ thống GIS có thể dễ dàng đọc được các dữ liệu với nhiều định dạng khác nhau Do đó, việc chuyển đổi dữ liệu từ các nguồn khác nhau sang dữ liệu GIS tương đối đơn giản, giúp cho việc thực hiện số hóa dữ liệu dễ dàng hơn

1.4.1 Chuyển dữ liệu từ bản vẽ AutoCAD sang GIS

Với các công cụ đặc biệt, việc kết hợp dữ liệu từ bản vẽ AutoCAD vào hệ thống GIS để số hóa dữ liệu được thực hiện dễ dàng Các định dạng của AutoCAD như: DWG, DXF,

đều có thể đọc được Để việc số hóa từ bản vẽ AutoCAD sang GIS được chính xác, chúng ta cần thực hiện các việc sau trước khi số hóa:

 Xác định hệ tọa độ trong AutoCAD để tự động gán hệ quy chiếu bản đồ chuyển đổi sang dữ liệu GIS

 Định nghĩa các đối tượng cần số hoá về ba định dạng chính:

21

- Định dạng điểm (Point) - Định dạng đường (Line) - Định dạng vùng (Polygon)

 Gán dữ liệu thuộc tính vào từng đối tượng cần số hóa, chuyển đổi

1.4.2 Chuyển dữ liệu từ bản vẽ giấy sang GIS

Việc chuyển đổi dữ liệu từ bản vẽ giấy sang GIS được thực hiện theo hai cách khác nhau:

 Nhập trực tiếp dữ liệu vào GIS thông qua các công cụ số hóa Tuy nhiên, để việc thực hiện được chính xác thì cần biết được tọa độ của các đối tượng cần nhập cần nhập dữ liệu

 Dùng máy SCAN để quét bản đồ giấy sang dữ liệu dạng ảnh, sau đó đăng ký tọa độ cho ảnh và số hóa vào hệ thống GIS Tuy nhiên, để dữ liệu được chính xác thì tỷ lệ bản vẽ phải đúng

Thông thường, việc chuyển đổi dữ liệu từ bản vẽ giấy sang GIS được thực hiện chủ yếu là thông qua công cụ số hóa của GIS

1.4.3 Chuyển dữ liệu ảnh vệ tinh (viễn thám) sang GIS

Việc ứng dụng ảnh viễn thám vào hệ thống GIS giúp cho dữ liệu địa hình (dữ liệu nền) được chính xác (do cập nhật liên tục) Tuy nhiên, khi chuyển dữ liệu từ ảnh viễn thám sang hệ thống GIS ta cần nắn chỉnh ảnh để số hóa được chính xác hơn

1.5 Sơ lược nghiên cứu về các phần mềm ứng dụng trong quản lý mạng lưới cấp nước

Những năm gần đây, hệ thống thông tin địa lý GIS và hệ thống SCADA đóng vai trò quan trọng trong các lĩnh khác nhau như: giao thông, điện, thông tin liên lạc, hàng hải Đặc biệt là trong lĩnh vực quản lý mạng lưới cung cấp nước sạch sinh hoạt Các nghiên cứu ứng dụng hệ thống thông tin địa lý GIS và hệ thống SCADA trong quản lý, vận hành mạng lưới cấp nước xoay quanh vấn đề phân phối nước dựa trên dữ liệu của GIS, xây dựng ứng dụng mới dựa trên dữ liệu GIS để quản lý mạng lưới, xây dựng hệ thống SCADA để vận hành và quản lý lưu lượng và áp lực mạng lưới cấp nước, đánh giá mức độ ô nhiễm nước trong mạng lưới,

Đánh giá và quản lý các yếu tố thủy lực là một khâu vô cùng quan trọng trong vận hành mạng lưới cấp nước, tích hợp giữa dữ liệu GIS, SCADA và các phần mềm chuyên ngành cấp nước đem lại hiệu quả cao trong quá trình quản lý, điều phối nước trong mạng lưới Liên quan đến vấn đề này, trên thế giới cũng như Việt Nam trước đây, đã có nhiều nghiên cứu về ứng dụng hệ thống thông tin địa lý GIS và hệ thống SCADA vào quản lý mạng lưới cấp nước

1.5.1 Những nghiên cứu trên thế giới 1.5.1.1 Hệ thống WATSYS

Hệ thống WATSYS được cơ quan Bảo vệ môi trường Hoa Kỳ phát triển, với hạt nhân cơ bản là EPANET WATSYS 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 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

Hệ thống WATSYS có một số đặc điểm sau:

 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

 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

 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

 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

Với hệ thống này, các dữ liệu mạng lưới cấp nước được số hóa và chuyển sang dữ liệu thông tin địa lý GIS, qua đó các thông tin của tài sản mạng lưới cấp nước được quản lý một cách hiệu quả Hệ thống giúp mô phỏng mạng lưới đường ống cấp nước theo nguyên tắc như phần mềm EPANET

Các đặc trưng cơ bản của AQUAMAP:

 Quản lý tài sản mạng lưới cấp nước

 Thiết lập các điểm bất lợi về áp lực nước

 Hiển thị khu vực xảy ra ảnh hưởng đến các đấu nối khách hàng

 Hiển thị các van cần được vận hành để giảm thiệt hại do thiếu nước

1.5.1.3 Hệ thống i-WATER

i- Water, là hệ thống chuyên ngành được nghiên cứu và phát triển bởi công ty K-Water của Hàn Quốc (K-Water là công ty cấp nước Hàn Quốc) Hệ thống được ứng dụng để quản lý hệ thống cấp nước dựa vào thông tin địa lý của mạng lưới cấp nước và giám sát mạng lưới cấp nước thông qua hệ thống SCADA

Hệ thống đưa ra giải pháp giám sát toàn diện và điều khiển quá trình xử lý nước tại một vị trí bất kỳ trên mạng lưới cấp nước

Hệ thống giúp hiệu quả hơn trong những quyết định về kinh doanh nước sạch và các định hướng về quy hoạch và phát triển hệ thống cấp nước

Các tính năng cơ bản của hệ thống i-Water:

Xây dựng cơ sở dữ liệu

Quản lý tài sản mạng lưới cấp nước

Giám sát mạng lưới cấp nước thông qua hệ thống SCADA

Tích hợp hệ thống cảnh báo

Ngoài ra còn các nghiên cứu của các tác giả khác như:

1.5.2 Những nghiên cứu trong nước

1.5.2.1 Hệ thống quản lý phân phối nước sạch WDMS do VIDAGIS

nghiên cứu và phát triển [2]

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 DANVAND

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

1.5.2.2 Nghiên cứu của Lê Văn Dực-Trường Đại học Bách khoa TP.HCM (ĐHQG TP.HCM) đăng trên tạp chí KH&CN, tập 11, số 5 năm 2008

Nội dung nghiên cứu: tích hợp công nghệ thông tin địa lý và mô hình toán thuỷ lực – HYDGIS để quản lý một mạng lưới cấp nước tại thành phố lớn

Mô hình này có thể quản lý tốt các đối tượng của mạng lưới đường ống thông qua bản đồ số tượng hình, tiện dụng trong việc nhập liệu và trình bày kết quả Bên cạnh đó, chương trình thuỷ lực hỗ trợ cung cấp các kết quả tính toán sự phân phối lưu lượng trong các nhánh, áp lực tại các nút và tình trạng vận hành của hệ thống

Các chức năng cơ bản của mô hình HYDGIS:

 Cho phép tạo lập và hiệu chỉnh bản đồ số và dữ liệu bản đồ (bản đồ mạng lưới cấp nước) để dễ dàng quản lý mạng lưới cấp nước thông qua bản đồ số

 Cho phép tìm kiếm thông tin quản lý và thông tin kỹ thuật, truy vấn sự hiện hữu của các lớp của bản đồ số dựa theo điều kiện cụ thể

 Tính toán thuỷ lực và mô phỏng kết quả.

25

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý GIS

2.1.1 Khái niệm về GIS

Hệ thống thông tin địa lý viết theo tiếng Anh là Geographic Information System (GIS)

Định nghĩa: GIS, là hệ thống thông tin địa lý, bao gồm tổng hợp các thành phần như : hệ thống phần cứng, hệ thống phần mềm, dữ liệu địa lý, con người và quy trình làm việc Nó có khả năng thu thập dữ liệu thô từ nhiều nguồn khác nhau để xây dựng cơ sở dữ liệu, gắn liền với vị trí địa lý theo không gian thực để phục vụ công tác chuyên môn theo nhu cầu của người sử dụng Ngoài ra, nó có thể cập nhật, lưu trữ, truy vấn, xử lý, phân tích và xuất ra các dữ liệu theo nhiều định dạng khác nhau theo từng nhu cầu cụ thể

Cùng với đó, hệ thống GIS có thể liên kết rất dễ dàng với các dữ liệu phi địa lý để tạo thành thuộc tính của các đối tượng trong hệ thống GIS

Ngoài ra, khác với các loại dữ liệu khác, dữ liệu GIS luôn gắn liền với thế giới thực thông qua toạ độ của từng đối tượng cụ thể Mức độ chính xác của đối tượng so với thế giới thực phụ thuộc vào quá trình xây dựng dữ liệu GIS

2.1.2 Các thành phần cơ bản của hệ thống GIS

Nói một cách tổng quát, hệ thống GIS bao gồm 5 thành phần cơ bản là: hệ thống phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu (dữ liệu địa lý), con người và quy trình làm việc Trong các thành phần đó, thì thành phần con người là yếu tố quyết định đến chất lượng của một hệ thống GIS Mặt khác, nếu thiếu một trong các thành phần trên thì không thể hình thành một hệ thống GIS, có chăng đó chỉ là một hình thức biến thể không hoàn chỉnh

Các thành phần cơ bản trong hệ thống GIS

Quy trình quản lý, vận hành mạng lưới cấp nước

2.1.2.1 Hệ thống phần cứng

Hệ thống phần cứng thông thường được phân chia thành 2 thành phần cơ bản như sau:

 Hệ thống Server (hệ thống máy chủ): đây là trung tâm lưu trữ và xử lý số liệu của toàn bộ hệ thống

 Phần mềm hệ điều hành máy tính cá nhân (máy con): Windows, được cài đặt trên các máy tính cá nhân

 Phần mềm chuyên ngành GIS: hiện nay, trên thị trường có nhiều bộ phần mềm phục vụ hệ thống GIS theo nhiều công nghệ khác nhau

Tuy khác nhau về công nghệ, nhưng cơ bản chúng phải bao gồm 2 phần chính là: GIS Server và GIS Desktop GIS Server, được cài đặt trên hệ thống máy chủ; còn GIS Desktop được cài đặt trên các máy tính cá nhân Các bộ phần mềm GIS phổ biến hiện nay, như: ArcGIS của ESRI, MapInfo của Pitney Bowes, QGIS…

Ngoài ra, còn các phần mềm hỗ trợ khác, như: office, Pmac Plus, WaterGEMS…

Các phần mềm được sử dụng tương thích trong hệ thống GIS tuỳ vào mức độ của hệ thống