ĐAỊ HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  Nguyễn Thị Hữu Phƣơng XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS PHỤC VỤ CÔNG TÁC QUẢN LÝ LỚP PHỦ RỪNG TỈNH QUẢNG NINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội - 2011 ĐAỊ HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  Nguyễn Thị Hữu Phƣơng XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS PHỤC VỤ CÔNG TÁC QUẢN LÝ LỚP PHỦ RỪNG TỈNH QUẢNG NINH Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám và Hệ thông tin địa lý Mã số: 60.44.76 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Nguyễn Trƣờng Xuân Hà Nội - 2011 3 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN 1 MỤC LỤC 3 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 6 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 7 LỜI MỞ ĐẦU 10 1. Tính cấp thiết của đề tài 10 2. Mục tiêu của đề tài 11 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 11 4. Nội dung nghiên cứu 11 5. Phƣơng pháp nghiên cứu 12 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 12 7. Bố cục của luận văn 12 CHƢƠNG 1 13 TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU 13 1.1 Khái niệm chung về cơ sở dữ liệu 13 1.1.1 Cơ sở dữ liệu và hệ cơ sở dữ liệu 13 1.1.2 Kiến trúc một hệ cơ sở dữ liệu và tính độc lập của dữ liệu 14 1.1.3 Thể hiện và lƣợc đồ của cơ sở dữ liệu 16 1.1.4 Các mô hình của cơ sở dữ liệu 17 1.1.5 Chuẩn cơ sở dữ liệu 21 1.2 Cấu trúc cơ sở dữ liệu trong hệ thống 24 1.2.1. Cấu trúc dữ liệu 24 1.2.2 Cơ sở dữ liệu không gian 25 1.3 Tổng quan về cấu trúc cơ sở dữ liệu nền địa lý 33 CHƢƠNG 2 37 THIẾT KẾ CƠ SỞ DỮ LIỆU THÔNG TIN ĐỊA LÝ 37 4 2.1 Tổ chức cơ sở dữ liệu trong ArcGis 37 2.1.1 Geodatabase – Cơ sở dữ liệu địa lý 37 2.1.2 Phân loại Geodatabase 40 2.2 Các bƣớc thiết kế cơ sở dữ liệu địa lý 41 2.2.1 Thiết kế khái niệm 41 2.2.2 Thiết kế logic 42 2.2.3 Thiết kế vật lý 42 2.3 Mô hình hóa dữ liệu 42 2.3.1 Mô hình hóa khái niệm 42 2.3.2 Mô hình hóa logic 43 2.3.3 Mô hình hóa vật lý 43 2.4 Mô hình hóa Geodatabase với UML 44 2.4.1 Ngôn ngữ mô hình hóa thống nhất – UML (Unified Modeling Language) 44 2.4.2 Các thành phần của UML 46 2.4.3 Các quy tắc của UML 49 2.4.4 Mô hình hóa Geodatabase với UML 50 2.5 Quy định về ngôn ngữ biểu diễn mô hình cấu trúc dữ liệu GIS 52 2.5.1 Quy định áp dụng ngôn ngữ biểu diễn mô hình cấu trúc dữ liệu địa lý 52 2.5.2 Giới hạn áp dụng UML 52 2.6 Lựa chọn công nghệ 54 2.7 Lựa chọn công cụ để thiết kế cơ sở dữ liệu 55 2.8 Quy trình công nghệ 57 CHƢƠNG 3 60 CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA RỪNG VÀ 60 CÔNG TÁC QUẢN LÝ LỚP PHỦ RỪNG 60 3.1 Đặc trƣng lớp phủ rừng ở Việt Nam 60 3.2 Phân loại rừng theo chức năng 65 5 3.3 Công tác tổ chức quản lý lớp phủ rừng 65 3.3.1 Nguyên tắc tổ chức quản lý rừng 68 3.3.2 Tổ chức quản lý rừng 69 CHƢƠNG 4 73 XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ CÔNG TÁC QUẢN LÝ LỚP PHỦ RỪNG TỈNH QUẢNG NINH 73 4.1 Đặc điểm chung tỉnh Quảng Ninh 73 4.1.1 Vị trí địa lý 73 4.1.2 Địa hình 73 4.1.3 Khí hậu 74 4.1.4 Tài nguyên thiên nhiên 74 4.2 Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ công tác quản lý lớp phủ rừng tỉnh Quảng Ninh 74 4.2.1 Đặc điểm rừng tỉnh Quảng Ninh 74 4.2.2 Xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý 75 4.2.3 Xây dựng cơ sở dữ liệu lớp phủ rừng 83 4.2.4 Xây dựng siêu dữ liệu Metadata 87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 6 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thông tin về các loại cáp lắp đặt trên tuyến cáp 19 Bảng 1.2 Danh mục các loại cáp 19 Bảng 1.3 Thông tin về các tuyến cáp 19 Bảng 2.1 Cấu trúc Geodatabase 39 Bảng 2.2 So sánh hai kiểu Geodatabase 41 Bảng 2.3 Bảng tổng hợp các thành phần của cấu trúc Geodatabase 50 Bảng 4.1 Các trƣờng và miền giá trị của chúng 85 7 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Kiến trúc hệ cơ sở dữ liệu 14 Hình 1.2. Dữ liệu biểu diễn dƣới dạng phân cấp 17 Hình 1.3. Mô hình mạng 18 Hình 1.4. Mô hình hóa thực thể theo điểm quản lý 20 Hình 1.5. Mô hình thực thể quan hệ theo quan điểm nghề nghiệp công việc 20 Hình 1.6 Minh họa thông tin Raster 26 Hình 1.7 Yếu tố hình học và topology của đối tƣợng điểm 27 Hình 1.8 Yếu tố hình học và topology của đối tƣợng đƣờng 27 Hình 1.9 Yếu tố hình học và topology của đối tƣợng vùng 27 Hình 1.10 Dữ liệu vector đƣợc biểu thị dƣới dạng điểm 28 Hình 1.11 Dữ liệu vector đƣợc biểu thị dƣới dạng đƣờng 28 Hình 1.12 Dữ liệu vector đƣợc biểu thị dƣới dạng vùng 29 Hình 1.13 Quan hệ topology 30 Hình 1.14 Yếu tố hình học và topology của dữ liệu vector 30 Hình 1.15 Cấu trúc dữ liệu topology (dạng đƣờng) 30 Hình 1.16 Cấu trúc dữ liệu topology (dạng vùng) 31 Hình 1.17 Cấu trúc dữ liệu topology (nút, đƣờng, vùng) 31 Hình 1.18 Minh họa dữ liệu Vector Spaghetti 31 Hình 1.19 Cơ sở dữ liệu thuộc tính 32 Hình 1.20 Cơ sở dữ liệu nền trong mối quan hệ với dữ liệu bản đồ chuyên đề 34 Hình 2.1 Geodatabase trong ArcGIS 38 Hình 2.2 Mô hình cơ sở dữ liệu không gian của ESRI 38 8 Hình 2.3 Các bƣớc phát triển của cơ sở dữ liêu GIS 41 Hình 2.4 Mô hình cơ sở dữ liệu khái niệm không gian đơn giản 43 Hình 2.5 Chuyển đổi từ mô hình E-R thành thiết kế logic cơ sở dữ liệu 43 Hình 2.6 Ví dụ lƣợc đồ vật lý 44 Hình 2.7 Những mức độ rút gọn trong tổ chức thông tin 44 Hình 2.8 Biểu đồ UseCase mức chi tiết 45 Hình 2.9 Ví dụ một lớp trong UML 46 Hình 2.10 Usecase trong UML 46 Hình 2.11 Tƣơng tác trong UML 47 Hình 2.12 Ký hiệu Quan hệ phụ thuộc 47 Hình 2.13 Quan hệ kết hợp trong UML 47 Hình 2.14 Quan hệ tập hợp 47 Hình 2.15 Quan hệ kế thừa 48 Hình 2.16 Sử dụng ESRI CASE Tools để mô hình hóa Geodatabase 51 Hình 2.17 Mô hình hóa khái niệm 52 Hình 2.18 Màn hình khởi động của MS.Visio 56 Hình 2.19 Quy trình công nghệ thiết kế cơ sở dữ liệu hệ thông tin địa lý 57 Hình 3.1 Rừng bạch đàn (thuần loài) 61 Hình 3.4 Diện tích rừng, theo phân loại rừng năm 2005 66 Hình 3.5 Độ che phủ rừng ở Việt Nam năm 1983 và năm 2004 67 Hình 4.1 Bản đồ hành chính tỉnh Quảng Ninh 73 Hình 4.3 Các lớp dữ liệu nền địa lý 75 Hình 4.4 Xây dựng cơ sở dữ liệu lớp Cơ sở đo đạc 76 9 Hình 4.5 Xây dựng cơ sở dữ liệu lớp Biên giới địa giới 77 Hình 4.6 Xây dựng cơ sở dữ liệu lớp Phủ bề mặt 78 Hình 4.7 Xây dựng cơ sở dữ liệu lớp Dân cƣ cơ sở hạ tầng 79 Hình 4.8 Xây dựng cơ sở dữ liệu lớp Giao thông 80 Hình 4.9 Xây dựng cơ sở dữ liệu lớp Thủy hệ 81 Hình 4.10 Lớp Địa hình 82 Hình 4.11 Các gói dữ liệu trong Geodatabase 83 Hình 4.12 Bản đồ lớp phủ rừng tỉnh Quảng Ninh Error! Bookmark not defined. Hình 4.13 Cơ sở dữ liệu lớp phủ rừng đƣợc xây dựng với Visio 84 Hình 4.14 Domain TruLuongRung 85 Hình 4.15 Domain TacDongCuaConNguoi 85 Hình 4.16 Domain NguonGocSinhTruong 85 Hình 4.17 Domain TuoiRung 86 Hình 4.18 Domain ChucNangSuDungRung 86 Hình 4.19 Domain loaiRanhGioiRung 86 Hình 4.20 Bảng các trƣờng thuộc tính của lớp phủ rừng 86 Hình 4.17 Thông tin Metadata 87 10 LỜI MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Giá trị nhiều mặt của rừng đã đƣợc đề cập một cách rõ ràng trong một vài thập niên gần đây, rừng không đơn thuần cung cấp gỗ và lâm sản, mà còn là môi trƣờng bảo vệ đầu nguồn, bảo vệ nguồn nƣớc, bảo vệ khí hậu thông qua hấp thụ CO2, là môi trƣờng sinh sống của nhiều loài động vật quý hiếm …. Lớp thực vật che phủ trên bề mặt một vùng phản ánh hiện trạng về tài nguyên thực vật và các nguồn tài nguyên sinh vật khác cùng tồn tại. Đặc điểm tự nhiên của một vùng có thể đƣợc thể hiện qua chính lớp thảm thực vật và chính lớp thảm thực vật phản ánh trở lại một phần nào đó tính chất đặc điểm tự nhiên của vùng đó. Thảm thực vật rừng là một trong những nền tảng của môi trƣờng và tài nguyên rừng. Thảm thực vật rừng còn đƣợc coi là lớp thông tin phản ánh tính đa dạng sinh học cho một vùng, một địa phƣơng. Một trong những dịch vụ quan trọng của rừng là bảo vệ đầu nguồn, bảo vệ nguồn nƣớc. Hiện nay, do nạn chặt phá và khai thác rừng một cách bừa bãi, diện tích rừng đã giảm một cách nghiêm trọng. Kéo theo đó là lũ lụt, hạn hán các hiện tƣợng thời tiết cực đoan. Trong giai đoạn hiện nay, việc phát triển bền vững phải gắn liền với quản lý, khai thác, và bảo vệ rừng một cách hợp lý. Vì vậy việc quản lý lớp phủ rừng là một yêu cầu cấp thiết và quan trọng. Yêu cầu phải có biện pháp và chính sách quản lý, sử dụng một cách hợp lý. Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ thông tin và hệ thông tin địa lý, đã mở ra một hƣớng nghiên cứu và tiếp cận mới cho việc quản lý tài nguyên rừng nói chung và lớp phủ rừng nói riêng. Việc lập đƣợc cơ sở dữ liệu lớp phủ rừng thống nhất và hoàn chỉnh là điều cần thiết để quản lý rừng đƣợc chính xác và cập nhật nhanh chóng. Vấn đề đặt ra là xây dựng cơ sở dữ liệu hợp chuẩn, dễ cập nhật, dễ sửa đổi và thao tác một cách dễ dàng. Việc sử dụng UML trong thiết kế cơ sở dữ liệu phục vụ cho công tác quản lý lớp phủ rừng đã giảm bớt đƣợc nhiều thời gian trong việc thống kê, báo cáo về rừng hàng năm. Việc thiết kế cơ sở dữ liệu bằng [...]... quan về cơ sở dữ liệu Chƣơng II: Các đặc trƣng của rừng và công tác quản lý lớp phủ rừng Chƣơng III: Thiết kế cơ sở dữ liệu thông tin địa lý Chƣơng IV: Xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ công tác quản lý lớp phủ rừng tỉnh Quảng Ninh 12 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU 1.1 Khái niệm chung về cơ sở dữ liệu 1.1.1 Cơ sở dữ liệu và hệ cơ sở dữ liệu Các tập dữ liệu chứa các thông tin có liên quan đến một cơ quan,... đề tài Xây dựng cơ sở dữ liệu lớp phủ rừng phục vụ công tác quản lý rừng tỉnh Quảng Ninh 3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu là lớp phủ rừng tỉnh Quảng Ninh và các vấn đề có liên quan Phạm vị nghiên cứu: chỉ nghiên cứu hiện trạng lớp phủ rừng Luận văn nghiên cứu úng dụng UML để thiết kế cơ sở dữ liệu phục vụ cho công tác quản lý lớp phủ, mà không đi sâu vào thiết kế những lớp mô... lớp mô tả đặc điểm đặc trƣng của rừng 4 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về rừng: các đặc trƣng của rừng - Nghiên cứu tổng quan về cơ sở dữ liệu và cấu trúc cơ sở dữ liệu - Nghiên cứu tổng quan về UML trong thiết kế cơ sở dữ liệu - Ứng dụng UML trong thiết kế cơ sở dữ liệu lớp phủ rừng phục vụ cho công tác quản lý lớp phủ rừng nói chung, lớp phủ rừng tỉnh Quảng Ninh nói riêng 11 5 Phƣơng pháp... thể trong công tác quản lý biến động đối với từng loại rừng Tỉnh Quảng Ninh nằm vùng Đông Bắc nƣớc ta, với ¾ diện tích tự nhiên là rừng và rừng ngập mặn, nếu đƣợc quản lý và khai thác sử dụng hợp lý sẽ phát huy thế mạnh của tỉnh trong phát tiển kinh tế xã hội và bảo vệ môi trƣờng Vì vậy, luận văn thạc sỹ với đề tài Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ công tác quản lý lớp phủ rừng tỉnh Quảng Ninh là... giữa các đối tƣợng 1.3 Tổng quan về cấu trúc cơ sở dữ liệu nền địa lý Cơ sở dữ liệu nền địa lý là một hệ thống những dữ liệu mà các hệ thông tin địa lý trong cùng một địa bàn (vùng quản lý) đều cần đến và có thể sử dụng chung Cơ sở dữ liệu nền = ∩ Cơ sở dữ liệu chuyên ngành Sau khi cơ sở dữ liệu nền địa lý đƣợc xây dựng một cách chuẩn mực, các hệ thống cơ sở dữ liệu không gian chuyên ngành có thể phát... lƣợng cơ sở dữ liệu địa hình, địa chính hoặc một cơ sở dữ liệu đặc trƣng chuyên ngành nào đó Cơ sở dữ liệu nền địa lý tạo điều kiện để cơ sở dữ liệu không gian của các chuyên ngành có thể đƣợc xây dựng đồng thời Cơ sở dữ liệu nền địa lý còn là môi trƣờng để liên thông, tích hợp dữ liệu của các chuyên ngành khác nhau 34 Cơ sở toán học: Cơ sở toán học của bản đồ bao gồm: phép chiếu, bố cục, tỷ lệ và cơ sở. .. một thể hiện của cơ sở dữ liệu Bản thiết kế tổng thể của cơ sở dữ liệu đƣợc gọi lược đồ cơ sở dữ liệu Các lƣợc đồ ít khi thay đổi nếu không nói là không thay đổi Các hệ cơ sở dữ liệu có nhiều lƣợc đồ, đƣợc phân chia dựa theo các mức trừu tƣợng hóa Lƣợc đồ vật lý mô tả thiết kế cơ sở dữ liệu ở mức vật lý, lƣợc đồ khái niệm mô tả bản thiết kế cơ sở dữ liệu ở mức khái niệm Một cơ sở dữ liệu cũng có thể... chi tiết tổ chức vật lý của dữ liệu Về tính độc lập của dữ liệu, chúng ta hãy xem hình 1.1, từ khung nhìn, tới cơ sở dữ liệu, khái niệm và cơ sở dữ liệu vật lý cho thấy có hai mức “độc lập dữ liệu Thứ nhất, lƣợc đồ vật lý có thể thay đổi do ngƣời quản trị cơ sở dữ liệu mà không cần thay đổi lƣợc đồ con Việc tổ chức lại cơ sở dữ liệu vật lý (thay đổi các tổ chức, 15 cấu trúc dữ liệu trên các thiết bị... cơ sở dữ liệu chiếm khoảng 70% giá trị của hệ thông tin địa lí, hay nói cách khác cơ sở dữ liệu chính là “linh hồn” của hệ thông tin địa lí Cơ sở dữ liệu của hệ thông tin địa lí là tập hợp dữ liệu có liên quan với nhau đƣợc lƣu trữ dƣới dạng số Vì cơ sở dữ liệu của hệ thống có mối liên quan với các điểm đặc trƣng trên bề mặt trái đất nên nó bao gồm hai nhóm là cơ sở dữ liệu không gian và cơ sở dữ liệu. .. cho mục đích sử dụng, đƣợc gọi là cơ sở dữ liệu Cơ sở dữ liệu là một bộ sƣu tập rất lớn về các loại dữ liệu tác nghiệp, bao gồm các bộ dữ liệu âm thanh, tiếng nói, chữ viết, văn bản, đồ họa, hình ảnh tĩnh hay động, … Cấu trúc lƣu trữ dữ liệu tuân theo các quy tắc dựa trên lý thuyết toán học Cơ sở dữ liệu phản ánh trung thực thế giới dữ liệu hiện thực khách quan Cơ sở dữ liệu đã có ảnh hƣởng rất lớn đến . công tác quản lý lớp phủ rừng tỉnh Quảng Ninh 74 4.2.1 Đặc điểm rừng tỉnh Quảng Ninh 74 4.2.2 Xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý 75 4.2.3 Xây dựng cơ sở dữ liệu lớp phủ rừng 83 4.2.4 Xây dựng. trƣng của rừng và công tác quản lý lớp phủ rừng. Chƣơng III: Thiết kế cơ sở dữ liệu thông tin địa lý Chƣơng IV: Xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ công tác quản lý lớp phủ rừng tỉnh Quảng Ninh. . liệu GIS phục vụ công tác quản lý lớp phủ rừng tỉnh Quảng Ninh là cần thiết. 2. Mục tiêu của đề tài Xây dựng cơ sở dữ liệu lớp phủ rừng phục vụ công tác quản lý rừng tỉnh Quảng Ninh. 3. Đối