Nghiên cứu ứng dụng công nghệ gis của esri và mô hình dữ liệu dan-vand trong lĩnh vực cấp nước sạch - 2

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Những kết quả và các số liệu trong khoá luận chưa được ai công bố dưới bất cứ hình thức nào. Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước nhà trường về sự cam đoan này!

Hà nội, ngày ... tháng ... năm 2009 Tác giả

Nguyễn Việt Hùng

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này được hoàn thành ngoài nỗ lực hết sức của bản thân, trong quá trình làm việc tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của các thầy cô tại khoa Công nghệ Thông tin, Đại học Công Nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội

Có thể bạn quan tâm!

• Nghiên cứu ứng dụng công nghệ gis của esri và mô hình dữ liệu dan-vand trong lĩnh vực cấp nước sạch - 1
• Arcgis Là Hệ Thống Phần Mềm Gis Đầy Đủ.
• Mô Hình Quan Hệ Giữa Đường Ống(Pipe), Điểm Nối(Node )Và Thiết Bị Lắp Đặt(Component)
• Lớp Cha Building Có Nhiều Lớp Con: Residence, Hospital, Commercialbuilding

Xem toàn bộ 121 trang tài liệu này.

Xin chân thành gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo khoa Công nghệ Thông tin, Trường đại học Công Nghệ, đặc biệt là thầy giáo, Tiến sĩ Nguyễn Hải Châu, người trực tiếp hướng dẫn tôi.

Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ban giám đốc công ty VIDAGIS – nơi tôi đang công tác, đặc biệt là Phó Tổng Giám đốc, Thạc sỹ Lê Phước Thành, đã tạo điều kiện tốt nhất về thời gian, cơ sở vật chất, kiến thức, chuyên gia trợ giúp trong quá trình thực hiện dự án, đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong thời gian tôi thực hiện đề tài này.

Xin gửi lời cám ơn tới cha mẹ, bạn bè, đồng nghiệp và những người thân đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian qua.

Luận văn thạc sĩ này được thực hiện trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu mang mã số QG.09.27, Đại học Quốc gia Hà Nội.

MỞ ĐẦU

Hiện nay việc ứng dụng và triển khai các ứng dụng GIS vào trong quản lý để phục vụ cho đời sống xã hội đã và đang phát triển rất nhanh, điển hình là trong các lĩnh vực Giao thông liên lạc, Y Tế, Giáo dục, Lam Nghiệp, Nông nghiệp, Điện lực, Tài nguyên Môi trường, và đặc biệt là trong việc quản lý mạng lưới cấp nước sạch.

Mục đích của đề tài là trình bày lại những kiến thức cơ bản đã được áp dụng để xây dựng thành công dự án phát triển phần mềm "Quản lý cấp nước sạch" đang được sử dụng tại thành phố Seremban, Malaysia, nhằm tìm ra một hướng giải pháp để có thể mở rộng, khai thác năng lực của dự án để có thể áp dụng được rộng rãi ở nhiều nơi, nhất là ở Việt Nam.

Luận văn gồm 4 chương với bố cục như sau: Chương 1: Tổng quan về mô hình cấp nước

Trình bày về vai trò và tầm quan trọng của việc quản lý cấp nước và một số mô hình cấp nước..

Chương 2: Trình bày chi tiết về mô hình cơ sở dữ liệu cấp nước DAN-VAND và phương pháp phân tích thiết kế hướng đối tượng áp dụng

Chương 3: Trình bày chi tiết mô tả hệ thống phần mềm quản lý mạng lưới cấp nước sạch, sử dụng GIS trong việc đăng ký đường ống. Trình bày kết quả thực tiễn thực hiện dự án, và định hướng phát triển mở rộng

Chương 4: Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH CẤP NƯỚC

1.1 Vai trò và tầm quan trọng của việc quản lý cấp nước

Nước sạch và sử dụng nước sạch là nhu cầu thiết yếu của con người, kể cả trong xã hội nguyên thủy đến xã hội hiện đại như ngày nay.

Thử hình dung trong cuộc sống hàng ngày chúng ta bị thiếu nước sạch để sinh hoạt thì điều gì sẽ sảy ra?

Nước sạch có thể được khai thác bằng các hình thức khác nhau, như giếng đào, giếng khoan, nước mưa...nhưng ngày nay con người đã xây dựng được một mô hình mạng lưới cấp nước chung phục vụ cho một phạm vi địa bàn rộng lớn, và từ một nguồn khai thác, nước được xử lý để đảm bảo vệ sinh đủ tiêu chuẩn để đưa đến nới tiêu thụ.

Trong cuộc sống của đô thị hiện đại, thì việc thiết kế và xây dựng một hệ thống quản lý cấp nước cần phải đáp ứng được các yêu cầu về sự phát triển tăng lên một cách nhanh chóng của dân cư và hệ thống cơ sở hạ tầng để làm sao trong một khoảng thời gian 40 đến 50 năm sau, hệ thống vẫn có thể đáp ứng được một cách tối đa khả năng cung cấp nước sạch và không bị ảnh hưởng bới sự thay đổi của kết cấu cơ sở hạ tầng.

Để làm được điều đó thì trước hết cần phải có sự trợ giúp đắc lực của công nghệ. Ngày nay công nghệ có thể làm thay đổi cả thế giới, có vai trò quan trọng trong việc hoạch định các chính sách của hệ thống chính quyền.

Một đô thị hiện tại được đánh giá là văn minh thì một trong các tiêu chí để đánh giá là đô thị đó phải có hệ thống phân phối nước sạch tốt, đáp ứng được nhu cầu sinh hoạt của người dân và phục vụ cho các lĩnh vực khác, hệ thống nước sạch có vai trò rất quan trọng đối với các lĩnh vực của đời sống văn hóa xã hội của người dân, thể hiện những nỗ lực trong quản lý của các cấp chính quyền.

Để làm được việc đó thì cần phải có một bộ máy chuyên trách đảm nhiệm việc quản lý hệ thống cấp nước, đảm bảo duy trì hệ thống hoạt động từ việc lắp đặt hệ thống bơm dẫn, tích trữ, xây lắp mạng lưới dẫn nước, các điểm xử lý...và đưa nước sạch vào các hộ dân, quản lý hệ thống hóa đơn, đồng hồ, duy tu, bảo dưỡng hệ thống, quản lý tài sản... Tất cả những công đoạn đó được gọi là quản lý cấp nước.

Ở Thụy Điển, nước và các dịch vụ công cộng theo quy định được quản lý bởi các đô thị. Khi các công trình cấp nước đô thị bắt đầu được xây dựng vào cuối thế kỷ 19, nó thể hiện sự quyết tâm và cam kết của chính quyền thành phố. Ngay cả các cộng đồng nhỏ ở các vùng nông thôn cũng đều có các công trình cấp nước công cộng của chính họ. Chỉ các công ty công nghiệp lớn được cấp phép khai thác nước mặt hoặc nước ngầm cho các công trình cấp nước riêng của họ.

Trong những năm 90 của thế kỷ trước, có hơn 2 nghìn công trình cấp nước và 67 nghìn km đường ống cấp nước của các thành phố, cung cấp cho 7,7 triệu người tiêu dùng hay 90% dân số với nước sạch chất lượng cao. Lượng nước tiêu thụ cao nhất vào cuối những năm 1960, khi có tới 800 triệu mét khối nước đã được sử dụng hàng năm. Việc rò rỉ trong hệ thống đường ống được ước tính bằng khoảng 20%. Ngày nay lượng nước tiêu thụ vào khoảng 730 triệu mét khối, tính ra mỗi gia đình tiêu thụ khoảng 200 lít/ người/ngày.

Theo thống kê, năm 2004 trên thế giới có khoảng 3,5 tỉ người đang sử dụng nước sạch từ các vòi nước hay nguồn nước công cộng của các nhà máy cấp nước. 1,3 tỉ người sử dụng nước từ các nguồn giếng khoan, giếng đào. Một tỉ người sử dụng nước từ các nguồn thiên nhiên như sông, suối, ao hồ [9].

Những thống kê trên chỉ ra cho thấy, việc quản lý cấp nước có vai trò rất quan trọng trong đời sống văn hóa xã hội trong cuộc sống đô thị hiện đại.

1.2 Các hệ thống quản lý cấp nước

Hệ thống quản lý cấp nước là một hệ thống trợ giúp cho con người để quản lý trong lĩnh vực cấp nước sinh hoạt, được tự động hóa nhằm làm giảm tối đa sức lao động bằng chân tay, và các thao tác thủ công nhưng vẫn thực hiện được đầy đủ các chức năng nghiệp vụ trong hệ thống cấp nước.

Các hoạt động trong việc quản lý cấp nước gồm có:

- Đảm bảo chất lượng nước được xử lý

- Thiết kế mạng lưới đường ống cấp nước và các thành phần được lắp đặt và phân tích nhu cầu sử dụng trong hệ thống

- Quản lý lưu lượng và áp lực cho mạng lưới đường ống

- Phát hiện và xử lý kịp thời các điểm rò rỉ

- Chống thất thoát trong hệ thống

- Quản lý hệ thống đồng hồ, hóa đơn

- Thay thế, bảo dưỡng hệ thống mạng lưới đường ống

Sau đây là một số hệ thống quản lý cấp nước hiện có trên thị trường:

Hệ thống WATSYS. [17]

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

WATSYS sẽ 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.

Các thành phần của hệ thống này bao gồm:

1. Kết nối đến phần mềm AutoCAD

Các phiên bản AutoCAD R14.01, 2000, 2002, 2004

WATSYS chạy độc lập, nhưng nếu kết hợp với phần mềm AutoCAD các phiên bản R14.01, 2000, 2002, 2004 thì có thể kết nối với nhau để làm việc. WATSYS sẽ hiện lên một thanh công cụ để người sử dụng có thể chọn, hoặc xác định vị trí chỉnh sửa các thành phần trong hệ thống cấp nước. Các sơ đồ chính được tạo ra từ các bản vẽ được tô bằng các mã màu cho các lớp đối tượng chồng xếp.

Hình 1.1: Giao diện phần mềm WATSYS được mở trong phần mềm AutoCAD

Trên thanh công cụ này, người sử dụng có thể:

- Thêm các điểm nối (Nodes), các đường ống (Pipes), sửa hoặc xem dữ liệu của mình

- Xác định vị trí các điểm nối và đường ống trên các bảng biểu hoặc trên "Key-plans" bằng cách lựa chọn chúng trên bản đồ

- Tạo các bản đồ chuyên đề với các thông tin bên trong như: Chèn các dòng văn bản, tô màu các đối tượng, đặt kích thước và biểu tượng các đối tượng, các tiều đề, mô tả người sử dụng...sơ đồ dòng chảy được gán nhãn

trên các đường ống, các điểm nối, áp suất đường ống, đường kính đường ống, dòng chảy, sự giảm /mất mát và vận tốc dòng chảy.

- Đặt biểu tượng cho các đối tượng Điểm nối, các đường ống có các điểm nối mà van đóng, van đang kiểm tra, hay van điều khiển, máy bơm và hồ chứa...

2. Làm việc trên các sơ đồ

- Chọn vào vị trí của các điểm nối hay các đường ống để hiển thị thông tin hoặc sửa đổi thông tin của đối tượng đó trên các bảng biểu hay sơ đồ hoặc các bản vẽ AutoCAD

- Dựa vào các ô nhãn hiện lên trên màn hình để hiện thông tin do người dùng chọn khi di chuột lên các điểm nối hoặc đường ống.

- Nháy đúp chuột lên các điểm nối hoặc đường ống để sửa đổi thông tin thuộc tính cho đối tượng

- Có khả năng phóng to/thu nhỏ, sao chép, lưu, in sơ đồ

- Chèn các dòng văn bản hay chú giải lên sơ đồ

- Các đường ống thể hiện bán kính của từng đối tượng tương ứng

- Màu sắc của các đường ống thể hiện các thông tin chính của người dùng

- Có thể xem được các biểu đồ thời gian nếu nháy chuột lên các điểm nối hay đường ống

- Có thể nhìn thấy được áp lực đường ống, vận tốc, chất lượng nước, tuổi nước bằng sự biến đổi màu sắc trên các đường ống

Hình 1.2: Bản đồ chuyên đề trên phần mềm WATSYS

3. Mô hình cấp nước trong hệ thống WATSYS

Dễ dàng chuyển đổi giữa phương pháp phân tích khoảng thời gian và các phương pháp phân tích khác:

o Trạng thái ổn định

o Mở rộng khoảng thời gian

o Chất lượng nước:

o Nơi tập trung hóa chất

o Tuổi của nước

o Lưu vết của nguồn cấp nước

o Các trạm bơm cung cấp nước

o Các hồ chứa như thùng hoặc các mức thủy lực cố định

o Điều khiển Valve theo các mức hoặc theo dòng chảy

o Mở và đóng đường ống bằng cách sử dụng thiết bị chuyển mạch

o Tình trạng đường ống bao gồm các trạng thái: Mở-Open, Đóng - Closed, hoặc Valve kiểm tra (check valve)

o Tìm kiếm hoặc sắp xếp các điểm nối và đường ống, chọn để in ấn

o Tạo độ dài đường ống từ hệ thống tọa độ

o Kích thước đường ống phân cách tỷ lệ với hệ số gồ ghề của đường ống

o Điều chỉnh hệ số gồ ghề với kích thước ống, chất liệu đường ống, tuổi, vận tốc dòng chảy

Hình 1.3: Hiển thị thông tin đối tượng

Với mô hình như vậy, việc phân tích dòng chảy và ghi lại sự thay đổi của dòng chảy theo thời gian của WATSYS được thể hiện như hình dưới đây: