Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật xây dựng cơ sở dữ liệu quản lý tài nguyên khoáng sản bằng công nghệ WebGIS

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:186

Thêm vào BST

Báo xấu

25
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài nghiên cứu nhằm xác lập được cơ sở khoa học và phương pháp luận xây dựng cơ sở dữ liệu WebGIS nhằm nâng cao hiệu quả công tác quản lý và hoạt động khai thác khoáng sản trong điều kiện Việt Nam. Mời các bạn tham khảo nội dung chi tiết đề tài!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật xây dựng cơ sở dữ liệu quản lý tài nguyên khoáng sản bằng công nghệ WebGIS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ĐẬU THANH BÌNH NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN BẰNG CÔNG NGHỆ WEBGIS LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2021
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ĐẬU THANH BÌNH NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN BẰNG CÔNG NGHỆ WEBGIS Ngành: Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ Mã số: 9520503 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Trường Xuân Hà Nội - 2021
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của riêng bản thân tôi. Toàn bộ quá trình nghiên cứu được tiến hành một cách khoa học, các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là chính xác, trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án Đậu Thanh Bình
ii LỜI CẢM ƠN Luận án này được hoàn thành tại Bộ môn Đo ảnh và Viễn thám, Khoa Trắc địa - Bản đồ và Quản lý đất đai, Trường Đại học Mỏ - Địa chất. Trong quá trình thực hiện nghiên cứu, tác giả luôn nhận được sự giúp đỡ, tạo điều kiện của các thầy, cô giáo và các đồng nghiệp trong Bộ môn Đo ảnh và Viễn thám, Khoa Trắc địa - Bản đồ và Quản lý đất đai, phòng Đào tạo Sau đại học. Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành về sự giúp đỡ đó. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Trường Xuân - thầy giáo trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo cho tác giả hoàn thành luận án này. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến tất cả các thầy, cô giáo, các nhà khoa học, đồng nghiệp đang công tác tại Sở Tài nguyên và Môi trường, thủ trưởng đơn vị và người thân đã tận tình giúp đỡ, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tác giả hoàn thành luận án này. Xin chân thành cảm ơn!
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN..................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................... vi DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................... viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ .............................................................. x MỞ ĐẦU ………………………………………………………………………...1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VỀ XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU WEBGIS PHỤC VỤ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN ......... 6 1.1. Thực trạng tài nguyên khoáng sản Việt Nam và Nghệ An ................................. 6 1.1.1 Thực trạng khoáng sản Việt Nam .................................................................... 6 1.1.2. Thực trạng khoáng sản Nghệ An .................................................................... 7 1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước ............................................. 8 1.2.1. Trên thế giới .................................................................................................. 9 1.2.2. Trong nước .................................................................................................. 30 1.3. Đánh giá kết quả nghiên cứu .......................................................................... 40 1.4. Những vấn đề được phát triển trong luận án................................................... 41 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC ỨNG DỤNG NỀN TẢNG MÃ NGUỒN MỞ XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN ....... 42 2.1. WebGIS mã nguồn mở .................................................................................... 42 2.1.1. Tổng quan WebGIS ...................................................................................... 42 2.1.2. Nền tảng phát triển WebGIS mã nguồn mở .................................................. 43 2.2. Một số kỹ thuật xử lý dữ liệu dựa trên mô hình WebGIS mở............................ 53 2.2.1. WMS ............................................................................................................ 53 2.2.2. WFS ............................................................................................................. 55 2.2.3. TMS ............................................................................................................. 56 2.2.4. WMTS .......................................................................................................... 58 2.2.5. Kỹ thuật lập chỉ mục không gian GiST trong PostGIS.................................. 62
iv 2.3. Một số thuật toán chiết tách thông tin khoáng sản trên ảnh viễn thám ............ 64 2.3.1. Chỉ số khoáng sản ........................................................................................ 64 2.3.2. Phương pháp PCA ....................................................................................... 66 2.3.3. Phương pháp DPCA .................................................................................... 70 2.4. Kết luận chương 2 .......................................................................................... 71 CHƯƠNG 3. GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU WEBGIS QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN.......................................................... 73 3.1. Quy trình về xây dựng và quản lý CSDL tài nguyên môi trường...................... 73 3.2. Mô hình giải pháp tổng thể về xây dựng và quản lý CSDL tài nguyên khoáng sản......................................................................................................................... 75 3.3. Giải pháp kỹ thuật về xây dựng CSDL tài nguyên khoáng sản ........................ 81 Xây dựng các lớp dữ liệu bản đồ dạng vector ........................................................ 82 Xây dựng lớp dữ liệu không gian mỏ khoáng sản................................................... 84 Xây dựng lớp dữ liệu ảnh....................................................................................... 85 Xây dựng lớp thông tin thuộc tính.......................................................................... 92 Xây dựng lớp dữ liệu đa phương tiện ..................................................................... 93 3.4. Giải pháp kỹ thuật về xây dựng hệ thống quản lý tài nguyên khoáng sản ........ 93 Mô đun phân quyền ............................................................................................... 95 Mô đun cập nhập dữ liệu ....................................................................................... 96 Mô đun truy vấn dữ liệu......................................................................................... 97 Mô đun nhập liệu................................................................................................. 101 Mô đun phân tích, thống kê ................................................................................. 102 3.5. Kết luận chương 3 ........................................................................................ 102 CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU WEBGIS QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN CỦA HUYỆN QUỲ HỢP TỈNH NGHỆ AN ........................................................................................ 103 4.1. Khu vực thực nghiệm .................................................................................... 103 4.2. Xây dựng CSDL tài nguyên khoáng sản Qùy Hợp ......................................... 104
v Xây dựng các lớp dữ liệu không gian dạng vector ............................................... 105 Xây dựng các bảng dữ liệu thuộc tính .................................................................. 112 Xây dựng các lớp dữ liệu không gian dạng raster ................................................ 116 4.3. Thực nghiệm đánh giá một số kỹ thuật xử lý dữ liệu lớn ............................... 121 Kỹ thuật đa luồng trong xử lý ảnh viễn thám kích thước lớn ................................ 121 Xây dựng chỉ mục không gian GiST đối với CSDL không gian lớn ...................... 124 4.4. Xây dựng thử nghiệm WebGIS quản lý tài nguyên khoáng sản Qùy Hợp ...... 130 Xây dựng CSDL không gian tài nguyên khoáng sản trên PostGIS ....................... 131 Thiết lập hệ thống WebGIS quản lý tài nguyên khoáng sản trên GeoServer ......... 133 Xây dựng giao diện hệ thống WebGIS quản lý tài nguyên khoáng sản ................. 134 4.5. Kết luận chương 4. ....................................................................................... 138 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 139 A. Kết luận .......................................................................................................... 139 B. Kiến nghị......................................................................................................... 139 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ ....................... 141 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 142
vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT API : Application Programming Interface : Giao diện lập trình ứng dụng CSDL : Database : Cơ sở dữ liệu DBMS : Database Management System : Hệ quản trị cơ sở dữ liệu DDP : Degrees per pixel Tọa độ theo điểm ảnh DPCA : Directed Principal Component : Phân tích thành phần chính có Analysis hướng ESA : European Space Agency : Cơ quan vũ trụ Châu Âu FOSS : Free and Open Source Software : Phần mềm miễn phí mã nguồn mở GIS : Geographic information system : Hệ thống thông tin địa lý GML : Geography Markup Language : Ngôn ngữ đánh dấu địa lý GUI : Graphical User Interface : Giao diện đồ họa người dùng HTTP : Hypertext Transfer Protocol : Giao thức truyền siêu văn bản HTTPS : Hyper Text Transfer Protocol Secure : Giao thức truyền tải siêu văn bản bảo mật LAN : Local Area Network : Mạng máy tính cục bộ OGC : Open Geospatial Consortium : Hiệp hội không gian địa lý mở OSGeo : Open Source Geospatial Foundation : Tổ chức địa không gian mã nguồn mở PCA : Principal Components Analysis : Phân tích thành phần chính ROI : Region Of Interest : Khu vực quan tâm SDE : Spatial Database Engine : Công cụ CSDL không gian SDI : Spatial Data Infrastructure : CSDL hạ tầng không gian SLD : Styled Layer Description : Sự biểu diễn lớp dữ liệu SQL : Structured Query Language : Ngôn ngữ truy vấn cấu trúc TMS : Tile Map Service : Dịch vụ bản đồ Tile TNKS : Tài nguyên khoáng sản
vii WCS : Web Coverage Service : Dịch vụ Coverage Web WFS : Web Processing Service : Dịch vụ xử lý Web WMS : Web Map Service : Dịch vụ bản đồ Web WMTS : Web Map Tile Service : Dịch vụ bản đồ Web dạng Tile XML : eXtensible Markup Language : Ngôn ngữ đánh dấu mở rộng
viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Kích thước tập tin và thời gian tải về đối với dịch vụ WFS được tạo bởi các máy chủ MapServer, GeoServer và ArcServer................................................. 45 Bảng 2.2. Kết quả hồi quy tuyến tính đối với thời gian xử lý WFS và kích thước tập tin tải về từ ba máy chủ bản đồ. ............................................................................. 46 Bảng 2.3. Đánh giá thời gian phản hồi dịch vụ WMS của các máy chủ.................. 47 Bảng 2.4. So sánh tốc độ xử lý giữa WMS và tile map .......................................... 62 Bảng 2.5. Bảng các giá trị riêng ............................................................................. 70 Bảng 3.1. Quyền truy cập hệ thống với các nhóm đối tượng. ................................. 96 Bảng 4.1 Danh sách các lớp dữ liệu không gian dạng vector huyện Qùy Hợp...... 106 Bảng 4.2 Sự biểu diễn một số lớp dữ liệu không gian trên hệ thống WebGIS quản lý TNKS Qùy Hợp................................................................................................... 109 Bảng 4.3. Bảng thông tin thuộc tính của lớp mỏ khoáng sản ................................ 112 Bảng 4.4. Bảng thông tin thuộc tính của lớp doanh nghiệp .................................. 113 Bảng 4.5. Bảng thông tin thuộc tính về các hoạt động kiểm tra ............................ 113 Bảng 4.6 Bảng thông tin thuộc tính về các hoạt động xử lý vi phạm .................... 113 Bảng 4.7. Bảng Thông tin của lớp giấy phép hoạt động khoáng sản .................... 114 Bảng 4.8 Bảng thông tin thuộc tính của lớp dữ liệu loại khoáng sản .................... 114 Bảng 4.9 Bảng thông tin thuộc tính về lớp đối tượng cán bộ tham gia công tác quản lý tài nguyên khoáng sản ..................................................................................... 114 Bảng 4.10 Bảng thông tin về lớp phân quyền....................................................... 115 Bảng 4.11 Bảng thông tin về lớp tài khoản người dùng ....................................... 115 Bảng 4.12. Kết quả tính toán đa luồng đối với chỉ số oxit sắt ............................... 123 Bảng 4.13. Kết quả tính toán đa luồng đối với chỉ số khoáng sản sét ................... 123 Bảng 4.14. Bảng kết quả với ST_Dwithin giữa hai tập dữ liệu dạng đường và dạng điểm .................................................................................................................... 127 Bảng 4.15 Bảng kết quả với ST_Dwithin giữa hai tập dữ liệu dạng vùng và dạng điểm .................................................................................................................... 127
ix Bảng 4.16 Bảng kết quả với ST_Intersects giữa hai tập dữ liệu dạng đường và dạng điểm .................................................................................................................... 128 Bảng 4.17. Bảng kết quả với ST_Crosses giữa hai tập dữ liệu dạng đường và dạng đường .................................................................................................................. 128 Bảng 4.18. Chức năng tương tác với bản đồ ........................................................ 136
x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ Hình 1.1. Mỏ đá xã Châu Hồng, huyện Quỳ Hợp bị khai thác sai quy trình. ............ 6 Hình 1.2. Sự phân bố khoáng sản ở tỉnh Nghệ An ................................................... 7 Hình 1.3. Giải pháp kỹ thuật của Kuosmanen trong việc xây dựng bản đồ tiềm năng các mỏ khoáng hóa chứa vàng dựa trên dữ liệu ảnh viễn thám. .............................. 10 Hình 1.4 Mô hình xây dựng các lớp tiềm năng khoáng sản dựa trên kỹ thuật chiết tách thông tin ......................................................................................................... 11 Hình 1.5. Giải pháp kỹ thuật của Sankaran Rajendran về việc xây dựng bản đồ tiềm năng khoáng sản mangan dựa trên kỹ thuật chiết tách thông tin ảnh ASTER. ........ 12 Hình 1.6. Giải pháp kỹ thuật của Seyed Mohammad Bolouki về việc xây dựng lớp dữ liệu tiềm năng khoáng hóa vàng dựa trên bộ phân loại mạng Bayes .................. 14 Hình 1.7. giải pháp kỹ thuật của hệ thống xây dựng và quản lý tài nguyên thiên nhiên dựa trên mô hình phân tán của Sakhare. ....................................................... 15 Hình 1.8. Giải pháp kỹ thuật về hệ thống xử lý, phân tích TNKS dựa trên mô hình WebGIS mở của Finnian OConnor ........................................................................ 16 Hình 1.9. Giải pháp kỹ thuật của Miao Liu về hệ thống quản lý CSDL thông tin đường bay và ảnh viễn thám .................................................................................. 17 Hình 1.10. Giải pháp kỹ thuật của George Tudor về việc xây dựng và quản lý CSDL tài nguyên khoáng sản dựa trên WebGIS. .............................................................. 18 Hình 1.11. Mô hình CSDL không gian khoáng sản của Bo J. ................................ 19 Hình 1.12. Mô hình ứng dụng để bàn trong quản lý CSDL không gian tài nguyên khoáng sản của Bo J. ............................................................................................. 20 Hình 1.13. Giải pháp kỹ thuật của Joel B. về quản lý CSDL không gian tài nguyên khoáng sản dựa trên WebGIS. ............................................................................... 20 Hình 1.14. Mô hình lưu trữ CSDL tài nguyên khoáng sản trong nghiên cứu của Joel Bandibas................................................................................................................ 21 Hình 1.15. Mô hình về dịch vụ bản đồ mạng WMS trong nghiên cứu của Joel Bandibas................................................................................................................ 21
xi Hình 1.16. giải pháp kỹ thuật của Arifin Itsnani về xây dựng hệ thống quản lý khai thác, sử dụng đất.................................................................................................... 23 Hình 1.17. Mô hình giải pháp kỹ thuật của Nizamuddin về xây dựng hệ thống WebGIS quản lý thông tin tiềm năng năng lượng tái tạo ở Aceh, Indonesia........... 24 Hình 1.18. Mô hình CSDL không gian tài nguyên khoáng sản của Nan Li ............ 24 Hình 1.19. Giải pháp kỹ thuật của Nan Li về việc xây dựng hệ thống quản lý CSDL tài nguyên khoáng sản dựa trên ứng dụng máy tính để bàn .................................... 25 Hình 1.20. Hệ thống thông tin thăm dò khoáng sản của Mahyar Yousefi ............... 26 Hình 1.21. Mô hình giải pháp của Mahyar Yousefi về xây dựng hệ thông tin thăm dò khoáng sản........................................................................................................ 27 Hình 1.22. Giải pháp kỹ thuật của Joel B. về hệ thống chia sẻ thông tin về tai biến địa chất dựa trên WebGIS mã nguồn mở. .............................................................. 28 Hình 1.23. Dịch vụ WMS trong hệ thống G-EVER ............................................... 29 Hình 1.24. Giải pháp kỹ thuật của hệ thống G-EVER di động. .............................. 30 Hình 1.25. Giải pháp xây dựng CSDL quản lý tiến độ xuống giống và tình hình dịch hại lúa tỉnh An Giang của Trương Chí Quang........................................................ 31 Hình 1.26. Mô hình tổng quan CSDL quản lý tiến độ xuống giống và tình hình dịch hại ......................................................................................................................... 31 Hình 1.27. Mô hình CSDL thủy lợi ....................................................................... 32 Hình 1.28. Mô hình tổng quan về CSDL tài nguyên rừng ...................................... 34 Hình 1.29. Mô hình tổng quan CSDL phục vụ canh tác lúa ................................... 35 Hình 1.30. Sơ đồ quy trình xây dựng CSDL đất trồng lúa bằng QGIS ................... 37 Hình 1.31. Mô hình tổng quan về CSDL của hệ thống quản lý và hỗ trợ điều hành hệ thống tưới theo thời gian thực ........................................................................... 38 Hình 1.32. Các bước xác định ngưỡng giá trị phát hiện sớm khai thác khoáng sản 39 Hình 2.1. Mô hình kiến trúc cơ bản của hệ thống WebGIS. ................................... 42 Hình 2.2. Mô hình tổng quan về GeoServer ........................................................... 44 Hình 2.3. So sánh thời gian xử lý và kích thước tập tin tải về của các máy chủ bản đồ MapServer, GeoServer và ArcServer ................................................................ 46
xii Hình 2.4. CyberTech PostgreSQL ......................................................................... 49 Hình 2.5. Mô hình cây phân cấp của các máy chủ CSDL tại Instagram ................. 49 Hình 2.6. Mô hình tổng quan dịch vụ WMS .......................................................... 53 Hình 2.7. Lược đồ về mô hình máy khách - máy chủ sử dụng WMS ..................... 54 Hình 2.8. Lược đồ về mô hình máy khách - máy chủ sử dụng WFS....................... 56 Hình 2.9. Mô hình tổng quan dịch vụ WMTS ........................................................ 58 Hình 2.10. Dịch vụ WMTS chia hình ảnh thành các tile. ....................................... 59 Hình 2.11. Lược đồ về mô hình máy khách - máy chủ sử dụng dịch vụ WMTS..... 60 Hình 2.12. Biểu diễn thuật toán lựa chọn tile để hiển thị [58]. ............................... 60 Hình 2.13. Mô hình sử dụng kỹ thuật Map Tile trong bộ nhớ đệm ......................... 61 Hình 2.14. Cách chỉ mục không gian làm việc ....................................................... 62 Hình 2.15. Cây tìm kiếm CSDL không gian sử dụng chỉ số GiST ......................... 63 Hình 2.16. Khu vực mỏ sét Hữu Khánh, Tân Phương, Thanh Thủy, Phú Thọ. ....... 65 Hình 2.17. Khu vực mỏ sắt, Trại Cau, Đồng Hỷ, Thái Nguyên .............................. 66 Hình 2.18. Mô tả phép biến đổi trực giao tuyến tính giữa hai kênh ảnh 1 và 2 ....... 67 Hình 2.19. Tập dữ liệu ảnh gốc và ảnh PC ............................................................. 70 Hình 3.1. Sơ đồ quy trình xây dựng CSDL tài nguyên và môi trường .................... 73 Hình 3.2. Sơ đồ quy trình xây dựng ứng dụng phần mềm hỗ trợ việc quản lý, khai thác CSDL trong ngành tài nguyên và môi trường ................................................. 74 Hình 3.3. Mô hình tổng quan về xây dựng và quản lý CSDL TNKS ...................... 76 Hình 3.4. Con người với hệ thống xây dựng và quản lý CSDL TNKS ................... 77 Hình 3.5. Mô hình giải pháp kỹ thuật của hệ thống xây dựng CSDL TNKS dựa trên nền tảng GIS mã nguồn mở ................................................................................... 78 Hình 3.6. Các nguồn thông tin, dữ liệu tài nguyên khoáng sản được quản lý ......... 79 Hình 3.7. Mô hình giải pháp kỹ thuật của hệ thống quản lý TNKS dựa trên nền tảng WebGIS mã nguồn mở .......................................................................................... 80 Hình 3.8. Giải pháp kỹ thuật về lưu trữ CSDL TNKS ............................................ 81 Hình 3.9. Mô hình xây dựng CSDL tài nguyên khoáng sản ................................... 82 Hình 3.10. Mô hình xây dựng các lớp dữ liệu bản đồ dạng vector.......................... 82
xiii Hình 3.11. Sơ đồ quy trình xây dựng và quản lý các lớp dữ liệu bản đồ dạng vector .............................................................................................................................. 83 Hình 3.12. Cách tạo lớp dữ liệu dân cư khu vực Qùy Hợp - Nghệ An từ lớp dân cư của mảnh bản đồ tỷ lệ 1:50.000 ............................................................................. 84 Hình 3.13. Sơ đồ quy trình xây dựng lớp dữ liệu không gian mỏ khoáng sản. ........ 85 Hình 3.14. a - dữ liệu gốc về các điểm khoáng sản; b - dữ liệu điểm khoáng sản dạng csv; c - dạng hình học của mỏ khoáng sản ..................................................... 85 Hình 3.15. Lớp dữ liệu ảnh .................................................................................... 86 Hình 3.16. Sơ đồ quy trình xây dựng lớp dữ liệu bản đồ địa chất khoáng sản ........ 86 Hình 3.17. Sơ đồ quy trình xây dựng lớp dữ liệu ảnh viễn thám ............................ 87 Hình 3.18. Sơ đồ thuật toán cắt ảnh theo vùng ....................................................... 88 Hình 3.19. a - kênh 7 của dữ liệu ảnh Landsat-8; b - dữ liệu vector của Qùy Hợp; . 88 Hình 3.20. Sơ đồ thuật toán tổ hợp kênh ................................................................ 88 Hình 3.21. Sơ đồ thuật toán thực hiện chỉ số khoáng sản. ...................................... 89 Hình 3.22. Sơ đồ chi tiết thuật toán tạo ảnh chỉ số khoáng sản ............................... 90 Hình 3.23. Sơ đồ thuật toán tạo DPCA .................................................................. 91 Hình 3.24. Quy trình xây dựng lớp thông tin tiềm năng khoáng sản từ dữ liệu ảnh viễn thám............................................................................................................... 92 Hình 3.25. Sơ đồ quy trình chung xây dựng lớp dữ liệu thuộc tính ........................ 93 Hình 3.26. Sơ đồ quy trình xây dựng lớp dữ liệu đa phương tiện ........................... 93 Hình 3.27. Mô hình giải pháp kỹ thuật về hệ thống quản lý TNKS dựa trên nền tảng WebGIS mã nguồn mở .......................................................................................... 95 Hình 3.28. Mô đun cập nhập dữ liệu trên hệ thống quản lý TNKS. ........................ 96 Hình 3.29. Các trường hợp có mối quan hệ tiếp xúc. ........................................... 100 Hình 3.30. Sơ đồ quy trình thực hiện truy vấn dữ liệu trên hệ thống WebGIS quản lý TNKS. ............................................................................................................. 101 Hình 3.31. Sơ đồ quy trình thực hiện nhập liệu trên hệ thống WebGIS quản lý TNKS .................................................................................................................. 101
xiv Hình 3.32. Sơ đồ quy trình thực hiện phân tích, thống kê trên hệ thống WebGIS quản lý TNKS ..................................................................................................... 102 Hình 4.1. Ảnh vệ tinh huyện Qùy Hợp – Nghệ An (Tổ hợp kênh 4-3-2). ............. 104 Hình 4.2. Bản đồ khoáng sản tỉnh Nghệ An ......................................................... 105 Hình 4.3. Huyện Qùy Hợp và các mảnh bản đồ tỷ lệ 1:50.000. ............................ 106 Hình 4.4. Lớp mỏ khoáng sản dạng điểm và lớp ranh giới huyện Qùy Hợp. ........ 109 Hình 4.5. Bản đồ các lớp vector GIS huyện Qùy Hợp. ......................................... 111 Hình 4.6. Mô hình biểu diễn mối quan hệ giữa các lớp đối tượng trong CSDL thông tin khoáng sản. .................................................................................................... 115 Hình 4.7. Mô hình biểu diễn các đối tượng liên quan tới chức năng phân quyền .. 116 Hình 4.8. Tổ hợp ảnh viễn thám khu vực Qùy Hợp, Nghệ An.............................. 117 Hình 4.9. Quy trình xây dựng lớp dữ liệu tiềm năng khoáng sản đá từ tập dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat-8 dựa trên phương pháp DPCA ............................................ 118 Hình 4.10. Hình ảnh vệ tinh Landsat-8 trong dải phổ kênh 4, kênh 5, kênh 6 và kênh 7 khu vực Qùy Hợp ............................................................................................. 119 Hình 4.11. Ảnh tỷ số kênh [5/4] và kênh [6/7] khu vực Qùy Hợp ........................ 119 Hình 4.12. Ảnh PC khu vực Qùy Hợp ................................................................. 120 Hình 4.13. Sự chồng xếp lớp dữ liệu tiềm năng khoáng sản đá với lớp dữ liệu không gian mỏ khoáng sản dạng điểm khu vực Qùy Hợp. .............................................. 121 Hình 4.14. Xử lý luồng đối với dữ liệu ảnh đa phổ .............................................. 122 Hình 4.15. Biểu đồ thể hiện thời gian tính toán đa luồng đối với chỉ số oxit sắt. .. 123 Hình 4.16. Thời gian tính toán đa luồng đối với chỉ số khoáng sản sét. ................ 124 Hình 4.17. Biểu đồ thể hiện kết quả thực hiện của các phép truy vấn không gian trong trường hợp sử dụng/không sử dụng chỉ mục GiST...................................... 130 Hình 4.18. Truy vấn danh sách các điểm mỏ trong CSDL không gian tài nguyên khoáng sản huyện Qùy Hợp................................................................................. 132 Hình 4.19. Sử dụng QGIS để biên tập CSDL không gian tài nguyên khoáng sản . 133 Hình 4.20 Sự biểu diễn lớp dữ liệu tài nguyên khoáng sản dạng vùng dựa trên SLD ............................................................................................................................ 134
xv Hình 4.21. Sự biểu diễn các lớp dữ liệu không gian dạng vector khu vực Qùy Hợp thông qua xử lý của GeoServer ............................................................................ 134 Hình 4.22. Giao diện chính của hệ thống WebGIS quản lý TNKS ....................... 135 Hình 4.23. Một số giao diện chức năng hệ thống ................................................. 135 Hình 4.24. Giao diện hiển thị thông tin doanh nghiệp khai thác khoáng sản ........ 137 Hình 4.25. Giao diện thực hiện chức năng thêm mới doanh nghiệp tham gia khai thác khoáng sản ................................................................................................... 137
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Việt Nam có nguồn TNKS phong phú, đa dạng. Theo kết quả điều tra của Tổng cục Địa chất và Khoáng sản, nước ta có hơn 5000 mỏ với trên 60 loại khoáng sản khác nhau. Công nghiệp khai khoáng tiếp tục là ngành có đóng góp lớn và tăng trưởng cao, đứng ở vị trí thứ 3 trong các ngành có đóng góp lớn nhất cho tăng trưởng GDP. Là nguồn lực quan trọng để phát triển kinh tế của đất nước, quản lý tài nguyên khoáng sản là nhu cầu quan trọng và cấp thiết, là chiến lược quốc gia nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình từ thăm dò, xây dựng, khai thác, chế biến và bảo vệ môi trường mỏ. Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư diễn ra trong tất cả các lĩnh vực, trong đó có cả các lĩnh vực quản lý nhà nước về nguồn tài nguyên khoáng sản. Việc áp dụng các nền tảng công nghệ tiên tiến đã trở nên cần thiết hơn bao giờ hết nhằm đảm bảo quản lý, khai thác nguồn TNKS lâu dài, phục vụ phát triển kinh tế đất nước theo hướng bền vững. Đây là một trong những nhiệm vụ trọng tâm đã được chính phủ xác định. Với cuộc cách mạng công nghệ như hiện nay, việc áp dụng các nền tảng WebGIS mã nguồn mở trong xây dựng CSDL quản lý TNKS là hợp lý, phù hợp cũng như đảm bảo tính thời sự, độ tin cậy. Các giải pháp mã nguồn mở đã được chứng minh là hiệu quả trong nhiều nghiên cứu khoa học, cũng như là nền tảng phát triển trong các hệ thống quản lý dữ liệu không gian của nhiều tập đoàn, doanh nghiệp. Có thể kể đến các nghiên cứu của Fortes (2013) [35], Ranka S. (2015) [58], Nutjaree C. (2016) [53]... Santosh K. và cộng sự (2016) [64] đã ứng dụng công nghệ WebGIS để phát triển hệ thống giám sát sản lượng cây trồng và các hoạt động liên quan tới mùa vụ nhằm giúp người dùng có thể truy cập các thông tin. Levente J. (2016) [45] đã ứng dụng nền tảng WebGIS mã nguồn mở để phát triển hệ thống hỗ trợ việc thu thập dữ liệu của các hệ thống sông ngòi; từ đó phân tích thủy văn nhằm mục đích đánh giá các khu vực có khả năng gặp rủi ro ngập lụt trong mùa mưa lũ. Ở Việt Nam, có một số các nghiên cứu ứng dụng công nghệ WebGIS trong quản lý nguồn tài nguyên
2 khoáng sản. Nguyễn Huy Phương và cộng sự (2009) [11] xây dựng CSDL địa chất khoáng sản, địa chất môi trường và tai biến địa chất các vùng biển Việt Nam dựa trên nền tảng MapServer, NET Framework…Ngoài ra, còn một số các nghiên cứu khác như Nguyễn Văn Cảnh [3], Phạm Đức Trọng [17], Trần Đức Thảo [15], Nguyễn Thanh Phi [9], Trần Nam Phong [10], Trần Thiện Chính [4]… Mặc dù, đã có một số các nghiên cứu giải pháp kỹ thuật về xây dựng CSDL quản lý TNKS dựa theo công nghệ WebGIS. Tuy nhiên, các nghiên cứu này vẫn còn tồn tại một số vấn đề như việc xây dựng giải pháp, thiết kế giải pháp kỹ thuật không đồng bộ khi sử dụng cả nền tảng thương mại và mã nguồn mở; hoặc chưa tích hợp công nghệ xử lý dữ liệu ảnh viễn thám trong xây dựng và đánh giá TNKS hay chỉ sử dụng chuẩn biểu diễn bản đồ mạng WMS v.v… Cơ sở dữ liệu WebGIS là công cụ chia sẻ nhanh chóng dữ liệu và thông tin khoáng sản, hỗ trợ quá trình ra quyết định nhằm quản lý hiệu quả trong tất cả các công đoạn từ thăm dò, xây dựng, khai thác và bảo vệ môi trường mỏ. Cho đến nay, đã có nhiều giải pháp xây dựng cơ sở dữ liệu WebGIS. Mỗi giải pháp đều có những ưu nhược điểm và điều kiện ứng dụng riêng. Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật phù hợp xây dựng cơ sở dữ liệu bằng công nghệ WebGIS trong điều kiện của Việt Nam là nhu cầu cần thiết nhằm nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên khoáng sản. Xuất phát từ những luận giải trên đây, đề tài nghiên cứu sinh: “Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật xây dựng cơ sở dữ liệu quản lý tài nguyên khoáng sản bằng công nghệ WebGIS” được lựa chọn là xuất phát từ nhu cầu thực tế và có ý nghĩa thực tiễn. 2. Mục tiêu nghiên cứu Xác lập được cơ sở khoa học và phương pháp luận xây dựng cơ sở dữ liệu WebGIS nhằm nâng cao hiệu quả công tác quản lý và hoạt động khai thác khoáng sản trong điều kiện Việt Nam. 3. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng khoa học trực tiếp là nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật xây dựng cơ sở dữ liệu WebGIS cho các lớp tài nguyên khoáng sản, phù hợp cho việc quản lý
3 hiệu quả tài nguyên khoáng sản trong điều kiện thực tế của Việt Nam. 4. Phạm vi nghiên cứu - Phạm vi nghiên cứu về nội dung là công nghệ WebGIS mã nguồn mở và một số kỹ thuật chiết tách thông tin khoáng sản trên ảnh viễn thám - Phạm vi nghiên cứu về không gian: khu vực huyện Qùy Hợp, tỉnh Nghệ An. 5. Nội dung nghiên cứu - Tổng quan vấn đề nghiên cứu: thực trạng tài nguyên khoáng sản Việt Nam, Nghệ An; tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan đến luận án. - Nghiên cứu cơ sở khoa học ứng dụng WebGIS mã nguồn mở trong quản lý tài nguyên khoáng sản: nghiên cứu WebGIS mã nguồn mở; một số kỹ thuật xử lý dữ liệu dựa trên mô hình WebGIS mã nguồn mở; một số thuật toán chiết tách thông tin khoáng sản trên ảnh viễn thám. - Nghiên cứu đề xuất giải pháp kỹ thuật xây dựng và quản lý CSDL tài nguyên khoáng sản: giải pháp kỹ thuật xây dựng CSDL tài nguyên khoáng sản; giải pháp kỹ thuật quản lý tài nguyên khoáng sản - Xây dựng thực nghiệm CSDL và WebGIS quản lý TNKS tại huyện Qùy Hợp tỉnh Nghệ An. 6. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp phân tích, tổng hợp: xử lý các nguồn dữ liệu liên quan tới TNKS như dữ liệu đo đạc GPS về mỏ khoảng sản, dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat-8, dữ liệu vector GIS... - Phương pháp viễn thám: xử lý dữ liệu ảnh viễn thám quang học Landsat 8 nhằm xây dựng lớp dữ liệu tiềm năng về khoáng sản... - Phương pháp GIS: xử lý dữ liệu GIS và viễn thám nhằm xây dựng CSDL không gian TNKS; thực hiện các phép phân tích không gian trong các bài toán truy vấn, giám sát TNKS. - Phương pháp so sánh: so sánh, đánh giá các kết quả nghiên cứu về ứng dụng công nghệ WebGIS trong xây dựng CSDL và quản lý tài nguyên khoáng sản; so