Ứng dụng GIS mã nguồn mở phát triển phần mềm quản lý đê điều trên địa bàn tỉnh Bình Định

- DOI:10.22144/ctu.jvn.2019.035 ỨNG DỤNG GIS MÃ NGUỒN MỞ PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM QUẢN LÝ ĐÊ ĐIỀU TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH BÌNH ĐỊNH.
- 2 Phòng Quản lý đê điều, Chi cục Thủy lợi tỉnh Bình Định.
- Bình Định, Quản lý đê điều, GIS mã nguồn mở, Thư viện Dotspatial.
- Bài báo giới thiệu kết quả ứng dụng thư viện GIS mã nguồn mở nhằm phát triển phần mềm quản lý đê điều trên địa bàn tỉnh Bình Định.
- Nghiên cứu đã sử dụng các phương pháp chính như phân tích nội dung thông tin dữ liệu, mô hình hóa chi tiết nghiệp vụ, thiết kế và lập trình nhằm phát triển phần mềm GIS desktop với tên gọi BDykeGIS phiên bản 1.0 nhằm hỗ trợ hiệu quả việc cập nhật, xem, chỉnh sửa dữ liệu liên quan đến công tác quản lý đê điều.
- Phần mềm BDykeGIS với giao diện Tiếng Việt, thân thiện với người sử dụng, thao tác đơn giản, tốc độ truy xuất dữ liệu nhanh, đặc biệt là khả năng tìm kiếm, truy vấn không gian thông tin đê điều..
- Ứng dụng GIS mã nguồn mở phát triển phần mềm quản lý đê điều trên địa bàn tỉnh Bình Định.
- Đê điều là hệ thống công trình bao gồm đê, kè bảo vệ đê, cống qua đê và công trình phụ trợ có vai trò quan trọng đặc biệt đối với các tỉnh thuộc vùng Duyên hải Nam Trung Bộ.
- Công tác quản lý đê điều liên quan trực tiếp đến an toàn của đê (Nguyễn Văn Lệ và ctv., 2007).
- Trên thực tế, công tác quản lý đê điều ở tỉnh Bình Định nói riêng và các địa phương khác nói chung bước đầu đã ứng dụng khoa học kỹ.
- thuật công nghệ nhằm cải tiến phương thức quản lý từ thủ công sang công nghệ số.
- Tuy nhiên, hầu hết các Phòng Quản lý đê điều quản lý hồ sơ dữ liệu này chủ yếu trên nhiều nguồn dữ liệu khác nhau dẫn tới đa định dạng dữ liệu từ file giấy đến file số như: .xls, .dwg, .dgn, .tab,…Do đó, cán bộ quản lý đê điều khi lập hồ sơ lý lịch đê điều vẫn bằng sổ sách, dẫn đến nhiều khó khăn và không thể nắm số liệu chi tiết toàn bộ các tuyến đê cần quản lý.
- quản lý một cách thiếu hệ thống, chưa đồng bộ và chưa kịp thời (Nguyễn Thanh Tùng, 2007).
- Các thông tin về đê điều của tỉnh Bình Định không đầy đủ, thiếu thống nhất gây ra nhiều khó khăn trong công tác đầu tư xây dựng, chỉ đạo điều hành phòng chống thiên tai,….
- đồng thời giải quyết bài toán liên quan đến quản lý đê điều một cách hiệu quả hơn là điều rất cần thiết.
- Trên thực tế đã có nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng GIS trong quản lý đê điều trên thế giới (Tjark and Roeland, 1995.
- Nguyễn Thanh Tùng, 2015) nghiên cứu liên quan đến việc ứng dụng GIS trong quản lý đê điều.
- Ngoài ra, Cục Quản lý đê điều và Phòng chống lụt bão đã chỉ đạo thực hiện xây dựng chương trình ứng dụng GIS nhằm Quản lý dữ liệu cơ bản hệ thống đê điều cho một số tỉnh ở phía Bắc và Bắc Trung Bộ bước đầu mang lại hiệu quả thiết thực trong công tác quản lý hệ thống đê điều (Nguyễn Thanh Tùng, 2007).
- Đối với các tỉnh thuộc vùng Duyên Hải Nam Trung Bộ nói chung và tỉnh Bình Định nói riêng thì việc triển khai ứng dụng GIS trong quản lý đê điều hiện còn nhiều hạn chế, chưa có nền cơ sở dữ liệu (CSDL) đê điều theo chuẩn chung về GIS, các phần mềm của GIS ứng dụng chủ yếu là các phần mềm có phí đắt tiền nhưng hầu như thiếu bản quyền sử dụng..
- Để thuận lợi cho việc cập nhật và khai thác dữ liệu đê điều phục vụ cho công tác quản lý, Chi cục Thủy lợi tỉnh Bình Định, Sở Khoa học Công nghệ tỉnh Bình Định và Khoa Địa lí-Địa chính, Trường Đại học Quy Nhơn đã phối hợp xây dựng phần mềm quản lý đê điều trên nền GIS mã nguồn mở có tên BDykeGIS nhằm trợ giúp cho công tác này..
- 2.1 Phần mềm phát triển.
- Dotspatial: là thư viện GIS mã nguồn mở viết trên .NET 4.0 frameworks, được phát triển bởi các thành viên sáng lập ra phần mềm GIS mã nguồn mở MapWindow và cộng đồng phát triển OS Geo DotNet, hiện DotSpatial do Dan Ames, giáo sư Trường Đại học Brigham Young là người quản lý dự án cho DotSpatial, phiên bản mới nhất là DotSpatial 1.9.
- DotSpatial giúp các nhà phát triển GIS xây dựng các ứng dụng bản đồ, truy vấn thông tin, phân tích dữ liệu, duyệt, chỉnh sửa dữ liệu không gian địa lý (raster và vector) và dữ liệu thuộc tính trong môi trường Visual Studio (Sameen et al., 2014).
- Hiện nay, hơn 30 công cụ đã có sẵn trong thư viện Dotspatial và được phân thành 9 loại: Phân tích dữ liệu, phân tích địa hình, chuyển đổi, tham chiếu không gian, chồng ghép dữ liệu vector và raster, nội suy không gian, thống kê dữ liệu (Sameen et al., 2014).
- Ngày nay, DotSpatial đang được sử dụng rộng rãi bởi các nhà phát triển GIS mã nguồn mở bao gồm các ứng dụng LiDAR và quản lý tài nguyên nước, mô hình thủy văn,….
- Trong bài báo này, Visual Studio Community 2015 được sử dụng để tích hợp bộ thư viện lập trình forms của DotSpatial và ngôn ngữ lập trình VB.NeT (thông qua Visual Basic.NET) nhằm thiết kế giao diện ứng dụng GIS desktop quản lý đê điều..
- Trên cơ sở thực tế, bài báo đề xuất quy trình xây dựng và vận hành hệ thống phần mềm GIS mã nguồn mở phục vụ quản lý đê điều như Hình 1..
- Dữ liệu sơ cấp ở Bảng 1 được nhóm nghiên cứu tiến hành sử dụng thiết bị định vị vệ tinh 2 tần số (Trimble R4) có độ chính xác cao nhằm xác định cao trình, chiều dài các tuyến đê, kè, cống qua đê và các công trình phụ trợ đê (Hình 2)..
- Hình 1: Quy trình các bước xây dựng và vận hành hệ thống GIS quản lý đê điều.
- Thu thập dữ liệu gồm dữ liệu sơ cấp và dữ liệu thứ cấp được thống kê qua Bảng 1 sau:.
- Bảng 1: Các nhóm dữ liệu trong GIS phục vụ quản lý đê điều tỉnh Bình Định.
- Nhóm dữ liệu Tổ chức sử dụng trong hệ.
- Nhóm dữ liệu nền (dữ liệu thứ cấp).
- Nhóm dữ liệu làm khung tham chiếu không gian cho toàn bộ dữ liệu GIS..
- Nhóm dữ liệu đê điều (dữ liệu sơ cấp) Nhóm dữ liệu dùng chung đối với các chuyên ngành liên quan đến quản lý đê điều và cần được đưa về cùng hệ tọa độ với dữ liệu nền..
- Đối với dữ liệu thứ cấp, nghiên cứu thu thập dữ liệu nền địa lý như: Địa hình, ranh giới hành chính, hệ thống thủy hệ,… (Bảng 1) ở Trung tâm Công nghệ thông tin thuộc Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bình Định.
- Dữ liệu ảnh vệ tinh Sentinel-2A được tải miễn phí từ trang https://scihub.copernicus..
- Xây dựng CSDL, đây là công đoạn rất quan trọng nhằm tạo lập dữ liệu không gian và thuộc tính của GIS dưới dạng vector (điểm, đường, vùng) thông qua đo đạc thực tế và raster (ảnh vệ tinh độ phân giải cao của Sentinel-2A) làm dữ liệu nền..
- Phương pháp này nhằm mô tả một cách hệ thống về ý tưởng tổ chức và cấu trúc của dữ liệu trong CSDL liên quan đến đê điều.
- Nghiên cứu sử dụng hai mô hình dữ liệu khái niệm thông dụng như sau:.
- Mô hình dữ liệu phân lớp: Các đối tượng bản đồ được tổ chức thành các lớp thông tin liên quan đến tính chất chuyên đề về đê điều của các đối tượng minh họa qua Hình 3..
- Hình 3: Minh họa dữ liệu phân lớp Một lớp dữ liệu chỉ ra cấu trúc tĩnh của các lớp trong hệ thống.
- Hình 4: Minh họa lớp dữ liệu “Đê”.
- Hình 5: Sơ đồ mô tả mô hình thực thể kết hợp cho CSDL đê điều Một tuyến đê chỉ có duy nhất một hệ thống kè.
- Từ mô hình thực thể kết hợp được chuyển thành mô hình quan hệ như Bảng 2 và được quản lý trên hệ quản trị CSDL của PostgreSQL (Hình 6) sau đó được tích hợp trên phần mềm BDykeGIS..
- Lớp dữ liệu.
- Đơn vị quản lý Dv_QL Text (50).
- Hình 6: Quản lý CSDL đê điều trên PostgreSQL Mô hình hóa chi tiết nghiệp vụ: Là công đoạn mô hình hóa chi tiết quy trình, nghiệp vụ phát triển phần mềm GIS qua biểu đồ trường hợp sử dụng nghiệp vụ dạng use-case như Hình 7..
- Hình 7: Mô hình hóa chi tiết nghiệp vụ phần mềm GIS quản lý đê điều.
- Thiết kế gồm các chức năng như: kiến trúc phần mềm, quản lý các lớp dữ liệu, mô hình CSDL (Dựa trên mô hình dữ liệu mức ý niệm và mô hình dữ liệu vật lý), biểu đồ hoạt động, giao diện phần mềm, chức năng thao tác trực tiếp với bản đồ (phóng to, thu nhỏ, di chuyển bản đồ.
- Hình 8: Mô hình, chức năng di chuyển, phóng to, thu nhỏ, xem toàn vùng dữ liệu.
- đáp ứng nội dung thiết kế phần mềm GIS quản lý đê điều (Hình 9)..
- Hình 9: Viết mã nguồn theo ngôn ngữ VB.Net + Tích hợp mã nguồn: Sử dụng mã nguồn thư viện lập trình GIS của DotSpatial được viết bằng công nghệ .NET 4, cho phép phát triển kết hợp dữ liệu không gian, thuộc tính, phân tích và lập bản đồ vào các ứng dụng GIS desktop (Hình 10)..
- Giai đoạn này sửa chữa những lỗi của phần mềm (nếu có) và phát triển những thay đổi mới được nhà quản lý yêu cầu (như sửa đổi, thêm hay bớt chức năng/đặc điểm của hệ thống).
- Phiên bản hiện tại là 1.0 và có thể nâng lên theo thời gian và phụ thuộc yêu cầu từ người quản lý chuyên môn liên quan đến đê điều..
- 3.2 Kết quả phát triển phần mềm BDykeGIS.
- Dựa trên tham khảo ý kiến của cơ quan thụ hưởng sản phẩm và nhà quản lý chuyên môn, giao diện thiết kế phần mềm BDykeGIS quản lý đê điều trên địa bàn tỉnh Bình Định được thiết kế như Hình 12 sau:.
- lý hệ thống các thanh công cụ mở lớp dữ liệu GIS, quản lý lớp dữ liệu đê điều theo nhóm, công cụ thao tác trực tiếp với bản đồ số và thuộc tín của đối tượng,… giúp người sử dụng dễ dàng truy cập đến các chức năng của chương trình..
- “Mục đăng nhập hệ thống” dành cho người quản lý chuyên môn đăng nhập vào hệ thống của phần mềm với tài khoản riêng kèm mật khẩu để sử dụng phần mềm..
- “Các mục chức năng trên Menu của phần mềm” gồm các chức năng mở lớp dữ liệu GIS, quản lý nhãn (label), chức năng xử lý Shapefile (tạo mới/chỉnh sửa), chức năng xuất từ Shapefile sang Excel, chức năng tạo và biên tập bản đồ,… ngoài ra còn có các chức năng phóng to/thu nhỏ/di chuyển bản đồ/tìm kiếm thông tin/xem thông tin (identify)/truy vấn dữ liệu..
- “Khung quản lý các lớp dữ liệu” thể hiện các lớp dữ liệu GIS hiện thời đang mở..
- “Khu vực hiển thị dữ liệu không gian” là chức năng rất quan trọng nhằm hiển thị không gian các lớp dữ liệu GIS được mở ở khung quản lý các lớp dữ liệu..
- “Thanh trạng thái” thể hiện chương trình đang đọc dữ liệu, tọa độ (x,y) hiện thời của dữ liệu được mở..
- 3.2.1 Các tính năng chính của phần mềm.
- Khả năng tra cứu và hiển thị (Search/Display) của BDykeGIS đảm bảo tra cứu cơ bản của một chương trình GIS như: phóng to, thu nhỏ, di chuyển, xem thông tin,…các đội tượng đê điều trên bản đồ.
- Ngoài ra, người dùng có thể tìm kiếm thông tin dữ liệu từ bảng thuộc tính và hiển thị thông tin dữ liệu dưới dạng thuộc tính, hình ảnh, video và pdf..
- Hình 13: Minh họa khả năng tìm kiếm/xem thông tin đê điều dưới dạng bảng, hình ảnh, video và pdf.
- Khả năng Quản lý: Phần mềm được thiết kế quản lý các lớp thông tin liên quan đến các công trình đê điều như: đê, kè, cống qua đê, công trình phụ trợ trên đê, hệ thống sông ngòi, ao, hồ, đầm,….
- trên thanh Menu chính có tên “Dữ liệu” của phần mềm.
- quản lý đoạn đê thuộc.
- Ví dụ minh họa quản lý số liệu độ cao cao trình đê, kết cấu đê cũng như các thông số kỹ thuật liên quan đến tuyến đê ở thị trấn Tuy Phước (Hình 14)..
- Hình 14: Minh họa nhóm dữ kiệu quản lý đê điều trên Menu của phần mềm Ngoài ra, người sử dụng có thể thêm các.
- điểm/đường/vùng cũng như chỉnh sửa các dữ liệu này dưới dạng vector thông qua công cụ “Xử lý.
- shapefile” được tích hợp trên Menu chính của phần mềm.
- Bên cạnh đó, người sử dụng có thể thêm trường dữ liệu/chỉnh sửa/xóa hoặc lưu dữ liệu thuộc tính..
- Hình 15: Minh họa chức năng chỉnh sửa, cập nhật dữ liệu không gian và thuộc tính Ngoài ra, chương trình BDykeGIS còn có chức.
- năng quản lý các nhóm đê (đê biển, đê cửa sông, đê đất.
- công cụ truy vấn (Query)) được tích hợp trên Menu chính của phần mềm..
- Hình 17: Minh họa xuất dữ liệu các tuyến đê sang định dạng của Excel + Khả năng thống kê và trích xuất (Export) dữ.
- liệu các công trình liên quan đến đê điều dưới dạng bảng biểu (Excel) và in ấn bản đồ..
- Người sử dụng có thể xuất dữ liệu các thông số kỹ thuật đê điều ra định dạng Excel nhằm phục vụ công tác báo cáo, thống kê cũng như chia sẻ thông tin với các bộ phận chuyên môn thông qua chức năng xuất dữ liệu GIS sang Excel được tích hợp trên Menu chính có tên “Xuất sang Excel”.
- đối tượng dữ liệu đường/vùng/điểm.
- trên Menu phải chọn đúng “Dữ liệu đường-Line sang Excel” (Hình 17)..
- Hình 18: Biên tập bản đồ trên phần mềm BDykeGIS.
- Tóm lại phần mềm GIS quản lý đê điều đảm bảo các yếu tố cấu thành như sau:.
- Xem và cập nhật dữ liệu;.
- Đọc dữ liệu vector và raster của GIS;.
- Hệ thống phần mềm ngoài việc cung cấp các công cụ tra cứu, tìm kiếm thông tin thuộc tính và không gian của các tuyến đê, kè, hệ thống công trình trên đê,… ngoài ra còn được tích hợp các thông tin sông suối, ao hồ, đâm, ranh giới đơn vị hành chính, giao thông, trung tâm hành chính,… giúp nhà quản lý có cái nhìn trực quan nhất về các kết quả tìm kiếm..
- Việc ứng dụng thư viện GIS mã nguồn mở DotSpatial cùng với CSDL phát triển thành công phần mềm BDykeGIS đã tạo thuận lợi trong công tác quản lý đê điều, phù hợp với xu thế chung của thế giới trong việc đẩy mạnh ứng dụng mã nguồn mở trong các cơ quan quản lý nhà nước.
- Phòng Quản lý đê điều thuộc Chi cục Thủy lợi tỉnh Bình Định đã đưa phần mềm này vào sử dụng phục vụ quản lý và theo dõi các công trình liên quan đến đê điều..
- Phần mềm đã giúp cán bộ quản lý dữ liệu đê điều thuận tiện hơn, giảm thời gian tìm kiếm thông tin, truy vấn dữ liệu, dữ liệu đê điều được lưu trữ dưới định dạng chuẩn của GIS (.shp) nên có thể dùng cho các phần mềm GIS khác.
- Phần mềm chỉ thích hợp quản lý dữ liệu đê điều trên địa bàn một tỉnh, nếu quản lý dữ liệu trên diện tích liên vùng sẽ gặp khó khăn trong việc truy xuất dữ liệu..
- Nhóm tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Chi Cục thủy lợi tỉnh Bình Định – Cơ quan chủ trì và, Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Bình Định chủ quản, đã tạo điều kiện thuận lợi trong việc cung cấp bộ csdl đê điều thuộc đề tài “Xây dựng CSDL và công cụ phục vụ quản lý hệ thống đê điều tỉnh Bình Định”, mã số .
- Ứng dụng công nghệ WebGIS quản lý dữ liệu thủy lợi tại thành phố Cần Thơ..
- Nghiên cứu xây dựng hệ thống phần mềm tác nghiệp quản lý đê điều và các công trình đê, phục vụ phòng, tránh và giảm nhẹ thiên tai cho vùng Hà Nội.
- Ứng dụng công nghệ GIS trong quản lý đê điều và phòng chống lụt bão.
- Ứng dụng tin học phục vụ công tác quản lý đê Hà Nội.
- Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ quản lý đê điều tỉnh Hà Tỉnh.
- Phát triển các ứng dụng GIS và Web-GIS sử dụng phần mềm mã nguồn mở..
- Khả năng ứng dụng các phần mềm GIS mã nguồn mở trong xây dựng hệ thống thông tin đất đai