BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

open

LÊ TỰ VIỆT THẮNG

ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG ĐA TÁC TỬ ĐỂ
MÔ PHỎNG NGẬP ĐỊA HÌNH DO NƯỚC
BIỂN DÂNG TẠI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ HỆ THỐNG THÔNG TIN

ĐÀ NẴNG, NĂM 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

LÊ TỰ VIỆT THẮNG

ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG ĐA TÁC TỬ ĐỂ
MÔ PHỎNG NGẬP ĐỊA HÌNH DO NƯỚC
BIỂN DÂNG TẠI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG

Chuyên ngành: HỆ THỐNG THÔNG TIN
Mã số: 60 48 01 04

LUẬN VĂN THẠC SĨ HỆ THỐNG THÔNG TIN

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Trần Quốc Vinh

ĐÀ NẴNG, NĂM 2016


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan:
Những nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện dưới sự
hướng dẫn trực tiếp của thầy TS Nguyễn Trần Quốc Vinh.
Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng và
trung thực tên tác giả, tên cơng trình, thời gian, địa điểm công bố.
Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, tôi
xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Tác giả luận văn

Lê Tự Việt Thắng


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài .................................................................................. 1
2. Tổng quan về lịch sử nghiên cứu đề tài. ............................................... 2
3. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn ...................................................... 3
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ........................................................ 4
5. Phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................................... 5
6. Mục đích và ý nghĩa của luận văn ........................................................ 6
7. Bố cục của luận văn .............................................................................. 7
CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ MƠ HÌNH HĨA NƢỚC BIỂN
DÂNG ............................................................................................................... 8
1.1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ GAMA VÀ GIS .................................... 8

1.1.1. Giới thiệu về GAMA ...................................................................... 8
1.1.2. Giới thiệu về GIS ............................................................................ 9
1.2. MƠ PHỎNG ĐA TÁC TỬ ...................................................................... 10
1.2.1. Mơ hình hóa .................................................................................. 11
1.2.2. Mô phỏng ...................................................................................... 14
1.2.3. Hệ nền GAMA .............................................................................. 17
1.3. NƢỚC BIỂN DÂNG VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA NƢỚC BIỂN DÂNG .. 19
1.3.1. Nƣớc biển dâng ............................................................................. 19
1.3.2. Kịch bản biến đổi khí hậu ............................................................. 19
1.3.3. Ảnh hƣởng của nƣớc biển dâng .................................................... 20
1.4. NGUỒN SỐ LIỆU THỰC TẾ VÀ TÍNH TỐN SỐ LIỆU ................... 21
1.4.1. Nguồn số liệu thực tế .................................................................... 21
1.4.2. Xử lí và tính tốn số liệu ............................................................... 22
1.5. ĐỘ CAO VÀ ĐỘ THẤM ĐỊA HÌNH ..................................................... 24


1.5.1. Độ cao địa hình ............................................................................. 24
1.5.2. Độ thấm địa hình ........................................................................... 25
1.6. XÂY DỰNG PHƢƠNG TRÌNH TÍNH TỐN CHO MƠ HÌNH NƢỚC
BIỂN DÂNG ................................................................................................... 26
1.7. KẾT CHƢƠNG ........................................................................................ 27
CHƢƠNG 2. ỨNG DỤNG GIS VÀ LẬP TRÌNH TRONG GAMA ....... 28
2.1. ỨNG DỤNG GIS ..................................................................................... 28
2.2. TÍNH TỐN VÀ ÁP DỤNG GIẢI THUẬT CHO MƠ HÌNH .............. 29
2.2.1 Giải thuật mơ phỏng ...................................................................... 29
2.2.2 Cơng cụ lập trình GAMA ............................................................... 31
2.3. KẾT CHƢƠNG ........................................................................................ 38
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM MÔ PHỎNG ........................ 39
3.1. HIỂN THỊ KẾT QUẢ .............................................................................. 39
3.2. HIỆN TRẠNG NƢỚC BIỂN DÂNG TRONG MỘT NĂM ................... 41

3.2.1. Kết quả mô phỏng bản đồ ngập (mức cao) ................................... 41
3.2.2. Thống kê kết quả........................................................................... 41
3.3. HIỆN TRẠNG NƢỚC BIỂN DÂNG TỪ NĂM 2013 ĐẾN NAY ......... 43
3.3.1. Kết quả mô phỏng bản đồ ngập (mức cao) theo mốc thời gian.... 43
3.3.2. Thống kê kết quả........................................................................... 46
3.4. KỊCH BẢN NƢỚC BIỂN DÂNG TỪ NAY ĐẾN 2050 ........................ 48
3.4.1. Kết quả mô phỏng bản đồ nguy cơ ngập theo kịch bản mức (thấp –
trung bình - cao) .............................................................................................. 48
3.4.2. Thống kê kết quả của các kịch bản ............................................... 51
3.5. KẾT CHƢƠNG ........................................................................................ 53
KẾT LUẬN .................................................................................................... 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao)


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

CNTT

Công nghệ thông tin
Một công cụ lập trình nền tảng mơ phỏng - Hệ thống thơng

GAMA

tin địa lý và Mơ hình hóa kiến trúc dựa trên tác tử (Gis &
Agent- based ModellingArchitecture)

GAML

Ngôn ngữ sử dụng trong GAMA


GDP

Tổng sản phẩm quốc nội (Gross Domestic Product)

GIS

Hệ thống thơng tin địa lý (Geographical Information

MSI

System)
Mơ
hình hóa mơ phỏng máy tính (Modélisation Simulation
Informatique)

IFI

Viện Pháp ngữ Khoa học máy tính (Institut de la
Francophonie pour l'Informatique)

IPCC

Ban Liên Chính phủ về biến đổi khí hậu (Intergovernmental
Panel on Climate Change)

IRD

Viện Nghiên cứu Phát triển (L’Institut de Recherche pour le
Développement)

Hội nghị quốc tế về máy tính và truyền thơng cơng nghệ

RIVF – IEEE

(International

Conference

on

Computing

and

Communication Technologies)
Đơn vị nghiên cứu quốc tế Tốn học và mơ hình hóa máy
tính của hệ thống phức tạp (Unité de Modélisation

UMMISCO

XML

Mathématique et Informatique de Systèmes Complexes)
Một ngơn ngữ lập trình mở rộng đánh dấu (Extensible
Markup Language)


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu
bảng

3.1

Tên bảng
Diện tích ngập cho mốc thời gian 2013 và 2015 (%)

Trang
46


DANH MỤC CÁC HÌNH

Số hiệu

Tên hình

hình

Trang

1.1.

Nền tảng cơng cụ GAMA

9

1.2.

Hệ thống sông, mƣơng đƣợc xây dựng từ GIS

10


1.3.

Sơ đồ phân loại mơ hình

11

1.4.

Meta-model hƣớng tác tử

13

1.5.

Mơ hình tác tử

16

1.6.

Số liệu mực nƣớc giờ và trung bình ngày ở Hịa Hải

22

1.7.

Số liệu đã đƣợc chuẩn hóa

23


1.8.

Số liệu tính tốn cho các năm sau

24

1.9.

Xây dựng độ thấm địa hình

25

1.10.

Sơ đồ xây dựng phƣơng trình

26

2.1.

Hệ thống sơng, kênh, mƣơng tại phƣờng Hịa Hải

28

2.2.

Độ thấm địa hình của cell

29


2.3.

Sơ đồ thực hiện xử lý mô phỏng

30

3.1.

Bản đồ nguy cơ ngập theo tháng

39

3.2.

Thống kê diện tích ngập qua các tháng và qua các năm

40

3.3.

Thống kê diện tích ngập của Tổ qua các tháng và qua

40

các năm
3.4.

Bản đồ ngập (mức cao) cho tháng cao nhất năm 2015


41

3.5.

Thống kê diện tích bị ngập(cao –trung bình –thấp) năm 2015

42

3.6.

Thống kê diện tích ngập(mức cao) của các Tổ năm 2015

43

3.7.

Bản đồ ngập (mức cao) cho tháng cao nhất năm 2013

44


Số hiệu

Tên hình

hình

Trang

3.8.


Bản đồ ngập (mức cao) cho tháng cao nhất năm 2015

45

3.9.

Thống kê diện tích ngập từ năm 2013 - 2015( thấp- trung

47

- cao)
3.10.

Thống kê diện tích ngập của các Tổ từ năm 2013 đến 2015

48

3.11.

Bản đồ nguy cơ ngập theo mức cao năm 2020

49

3.12.

Bản đồ nguy cơ ngập theo mức cao năm 2030

50


3.13.

Bản đồ nguy cơ ngập theo mức cao năm 2040

50

3.14.

Bản đồ nguy cơ ngập theo mức cao năm 2050

51

3.15.

Thống kê diện tích ngập đến năm 2050

52

3.16.

Thống kê diện tích ngập theo đơn vị Tổ đến năm 2050

53


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Thế giới bƣớc vào thế kỷ 21 với sự phát triển nhanh và đạt đƣợc nhiều

thành tựu lớn trong tất cả các lĩnh vực kinh tế, kỹ thuật, văn hoá, xã hội, …
Cùng với sự phát triển này, ngành cơng nghệ thơng tin đóng một vai trị vơ
cùng to lớn, hỗ trợ hiệu quả trong các lĩnh vực kinh tế, chính trị, xã hội … cho
đến việc dự báo các hiện tƣợng thiên nhiên. Vì vậy mọi ngành, mọi tầng lớp
trong xã hội đã dành nhiều thời gian vào việc nghiên cứu, ứng dụng công
nghệ thông tin vào lao động sản xuất hƣớng đến nhiều mục đích khác nhau.
Trong đó việc ứng dụng cơng nghệ thông tin để đƣa ra các giải pháp, cảnh
báo của các hiểm họa do thiên tai gây ra làm ảnh hƣởng đến quá trình sản
xuất của ngƣời dân là việc làm cấp thiết. Nhƣ chúng ta đã biết biến đổi khí
hậu là hiện tƣợng trái đất nóng dần lên do hiệu ứng nhà kính làm cho nhiệt độ
ở các đại dƣơng tăng dần lên, làm tan băng ở các vùng cực đới, dẫn tới khí
hậu của trái đất biến đổi, hạn hán bão lũ xảy ra ngày càng nhiều hơn, nƣớc
biển ngày một dâng cao. Hiện nay, tình trạng nƣớc biển dâng đang là mối
hiểm họa toàn cầu, nƣớc biển dâng đang tác động và ảnh hƣởng mạnh mẽ tới
tài nguyên thiên nhiên, con ngƣời, kinh tế - xã hội, vv…ở nhiều quốc gia trên
thế giới nhất các quốc gia có biển và các vùng ven biển. Các quốc gia trên thế
giới đang cùng nhau chung sức nghiên cứu đƣa ra các biện pháp, xây dựng
các mơ hình nhằm giảm thiệt hại của nƣớc biển dâng.
Nƣớc biển dâng dẫn đến tình trạng nƣớc mặn xâm nhập, diện tích đất bị
thu hẹp ngày càng ảnh hƣởng đến đời sống, định cƣ, sinh hoạt, kinh tế, sản
xuất,… của con ngƣời. Biến đổi khí hậu làm cho những diễn biến thời tiết
ngày càng xấu đi đã và đang tác động ngày càng nặng nề đời sống sinh hoạt
sản xuất của ngƣời dân. Những yếu tố của biến đổi khí hậu sẽ làm cho nƣớc


2

biển càng dâng cao. Khắc phục những vấn đề này chính là giải quyết đƣợc
một phần rất lớn ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu đối với đời sống của ngƣời
dân tại thành phố Đà Nẵng nói chung và của Phƣờng Hịa Hải nói riêng.

Hiện nay các cấp chính quyền và các nhà khoa học đang tìm nhiều giải
pháp nhằm hạn chế các nguy cơ biến đổi khí hậu vì vậy việc chủ động xây
dựng mơ hình hóa và mơ phỏng trong cơng nghệ thơng tin (CNTT) góp phần
giảm nhẹ tác động của biến đổi khí hậu là việc nên thực hiện. Mơ hình hóa và
mơ phỏng để xây dựng thiết lập đƣợc hệ thống thông tin về những thách thức
của biến đổi khí hậu về sự thay đổi của quá trình nƣớc biển dâng. Đƣa ra
những quyết định hỗ trợ phù hợp nhằm giảm thiệt hại của nƣớc biển dâng
vùng ven biển đến đời sống con ngƣời ở các vùng này. Tiếp cận vấn đề biến
đổi khí hậu từ góc độ CNTT có thể là một trong những giải pháp thiết thực
nhất do tác động sâu rộng của nó đối với vấn đề bảo vệ môi trƣờng và tiến bộ
xã hội.
2. Tổng quan về lịch sử nghiên cứu đề tài.
Có lẽ cũng chính vì các nguy cơ biến đổi khí hậu mà việc nghiên cứu
đƣa ra các dự báo sớm ảnh hƣởng của nó đóng vai trị quang trọng quyết định
đến các chiến lƣợc phát triển lâu dài của nền kinh tế cũng nhƣ quy hoạch đơ
thị nên nó là đề tài đƣợc khá nhiều đối tƣợng, các nhà khoa học cũng nhƣ các
chuyên gia của nhiều lĩnh vực nghiên cứu ở các cấp đội khác nhau. Những
cơng trình này đã đóng góp tích cực trong việc xây dựng các nền tảng lý luận
về biến đổi khí hậu, dự báo thiên tai và các giải pháp tổ chức thực hiện trong
thực tiễn. Tuy nhiên việc nghiên cứu trong lĩnh vực này rất rộng, liên quan
đến nhiều lĩnh vực hoạt động khác nhau. Vì vậy, các cơng trình nghiên cứu
trƣớc đây chƣa bao quát hết các vấn đề cũng nhƣ việc mô phỏng cho các hiện
tƣợng trong tƣơng lai chỉ ở mức cho ra các bản đồ tĩnh, thống kê tƣơng đối


3

chung chung cho các vùng rộng lớn. Nhìn chung trong phạm vi tài liệu mà
tác giả tiếp cận đƣợc cho đến nay thì vấn đề các nhân tố ảnh hƣởng đến khả
năng huy động vốn cũng đƣợc đề cập đến trên các tạp chí hay các bài nghiên

cứu khoa học. Điển hình nhƣ: Mơ phỏng nước biển dâng tại vùng đồng bằng
sơng Cửu Long, Đại học Bạc Liêu của nhóm tác giả Hoàng Ngọc Hiển, Triệu
Yến Yến, Phan Văn Sa, Huỳnh Xuân Hiệp đã làm sáng tỏ những cơ sở ban
đầu để tác giả có cơ sở hồn thành luận văn này, ngồi ra tác giả cịn có cơ
hội học hỏi cũng nhƣ trao đổi các khía cạnh xung quanh các vấn đề về nƣớc
biển dâng. Cũng bản về các vấn đề biến đổi khí hậu, thƣờng niên Bộ Tài
nguyên và Môi trƣờng tổ chức các buổi hội thảo về biến đổi khí hậu: Kịch
bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam vào các năm 2012, 2009
Xem xét một cách tổng quát, những vấn đề về biến đổi khí hậu đã có
nhiều tác giả, các nhà khoa học nghiêm túc nghiên cứu trong các cơng trình
nghiên cứu khoa học. Tuy nhiên do thời gian ngắn, phạm vi đề tài rộng nên
các tác giả chƣa đề cập một cách đầy đủ các giải pháp. Với đề tài này tác giả
tập trung tìm hiểu cách thức mơ phỏng ngập địa hình do nƣớc biển dâng dựa
trên cơng cụ mơ phỏng nguồn mở Gama.
3. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn
3.1. Mục tiêu
Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu mô phỏng đa tác tử và ứng dụng mô
phỏng quá trình ngập địa hình do nƣớc biển dâng. Xây dựng và đề xuất các
kịch bản về nƣớc biển dâng:
Mô phỏng quá trình nƣớc biển dâng qua các giai đoạn trong quá khứ
(khoảng 5 năm đến 10 năm).
Đƣa ra kịch bản mơ phỏng q trình nƣớc biển dâng trong tƣơng lai
(khoảng 20 năm hoặc lâu hơn).


4

Sự thành công của đề tài với quy mô 1 phƣờng có thể mở rộng sau này
với tồn thành phố Đà Nẵng cũng nhƣ các địa phƣơng khác từ đó có thể góp
phần giúp cơ quan chức năng có cái nhìn thực tế và đề ra những phƣơng án

làm giảm thiệt hại do nƣớc biển dâng. Làm tăng hiệu quả chống chịu và thích
ứng của con ngƣời khi biến đổi khí hậu.
3.2. Nhiệm vụ
Để đạt đƣợc mục tiêu trên, nhiệm vụ của luận văn là
+ Phải thu thập số liệu từ thực tế ở các trạm quan trắc và đƣa vào mơ
phỏng cho thực tế.
+ Xây dựng mơ hình tốn cho mơ phỏng.
+ Ứng dụng GAMA để mơ phỏng tình trạng nƣớc biển dâng.
 Về lý thuyết:
+ Tìm hiểu về mơ hình hóa và mơ phỏng đa tác tử.
+ Nghiên cứu phần mềm mô phỏng GAMA.
 Về thực tiễn:
Luận văn thực hiện mơ phỏng của mơ hình ngập địa hình do nƣớc biển
dâng cho ra các bản đồ ngập và bản đồ nguy cơ ngập, thống kê diện tích ngập.
Từ đó phân tích đánh giá thực nghiệm đƣa ra những quyết định hỗ trợ phù
hợp nhằm giảm thiệt hại của nƣớc biển dâng. Tiếp cận vấn đề nƣớc biển dâng
từ góc độ cơng nghệ thơng tin có thể là một trong những giải pháp thiết thực
nhất do tác động sâu rộng của nó đối với vấn đề bảo vệ mơi trƣờng và tiến bộ
xã hội.
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
4.1. Đối tượng nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu về lý thuyết mơ hình hóa và mơ phỏng hƣớng đa tác tử
kết hợp hệ thống thông tin địa lý. Nghiên cứu các thông tin liên quan đến
nƣớc biển dâng và ảnh hƣởng của nó đến con ngƣời tại thành phố Đà Nẵng.


5

+ Phần mềm nguồn mở mô phỏng đa tác tử GAMA
+ Các số liệu thu thập đƣợc qua các ngày, các tháng của nƣớc biển dâng

+ Bản đồ GIS Thành phố Đà Nẵng.
+ Các mơ hình triển khai hệ thống
4.2. Phạm vi nghiên cứu
Trong khuôn khổ của một luận văn thực nghiệm, luận văn chỉ gói gọn
việc mơ phỏng hiện tƣợng ngập địa hình do nƣớc biển dâng từ đó cho ra các
bản đồ ngập và bản đồ nguy cơ ngập, thống kê diện tích ngập và phân tích
đánh giá thực nghiệm đƣa ra những quyết định hỗ trợ phù hợp nhằm giảm
thiệt hại của nƣớc biển dâng tại phƣờng Hòa Hải, Quận Ngũ Hành Sơn,
Thành phố Đà Nẵng.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Phƣơng pháp nghiên cứu, luận văn đã sử dụng hai phƣơng pháp chính là
nghiên cứu tài liệu, nghiên cứu thực nghiệm.
+ Nghiên cứu tài liệu: Tìm hiểu về cơ sở lý thuyết về gama và cơ sở dữ
liệu bản đồ GIS. Kết hợp với đó là tìm hiểu các mơ hình, kịch bản về nƣớc
biển dâng đã đƣợc Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng công bố qua các hội thảo
hàng năm, cùng với đó là tham khảo kinh nghiệm của các chuyên gia có liên
quan đến các vấn đề về biến đổi khí hậu và nƣớc biển dâng.
+ Nghiên cứu thực nghiệm: Kết hợp kết quả nghiên cứu lý thuyết và
khảo sát thực tế từ đó cho ra giải pháp xây dựng phƣơng trình cũng nhƣ thuật
tốn cho các kịch bản để áp dụng vào việc mô phỏng hệ thống ngập địa hình
do nƣớc biển dâng tại thành phố Đà Nẵng. giải quyết các yêu cầu đã đƣợc đặt
ra lúc ban đầu.
5.1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu
+ Các tài liệu về cơ sở lý thuyết: ngôn ngữ GAML, lý thuyết mơ hình
hóa và mơ phỏng đa tác tử,
+ Các tài liệu mô tả công cụ GAMA


6


+ Các tài liệu liên quan đến một số nghiên cứu, các kịch bản về nƣớc
biển dâng đƣợc công bố qua các năm của Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng.
5.2. Phương pháp thực nghiệm
+ Thực hiện tìm hiểu, thu thập số liệu mực nƣớc theo từng giờ trong
ngày và trong tháng. Từ đó xử lý và tính tốn số liệu để áp dụng vào việc xây
dựng hệ thống mô phỏng nƣớc biển dâng chạy theo từng tháng.
+ Phân tích yêu cầu và phạm vi của luận văn để từ đó xác định các kịch
bản nƣớc biển dâng cũng nhƣ thống kê, cho ra các biểu đồ ngập, nguy cơ
ngập trong các tháng của quá khứ cũng nhƣ tƣơng lai.
+ Phân tích và mơ hình hóa hệ thống thực theo hƣớng tác tử và đƣa ra
các kết quả đạt đƣợc.
6. Mục đích và ý nghĩa của luận văn
6.1. Mục đích
Xây dựng hệ thống mơ phỏng ngập địa hình do nƣớc biển dâng. Từ đó
phân tích đánh giá thực nghiệm đƣa ra những quyết định hỗ trợ phù hợp nhằm
giảm thiệt hại của nƣớc biển dâng cho ngành nông nghiệp và các ngành khác
tại địa phƣơng. Đặt biệt định hƣớng quy hoạch xây dựng cũng nhƣ đƣa ra các
giải pháp nhằm giảm thiểu thiệt hại do nƣớc biển dâng cao.
Từ các số liệu thu thập đƣợc ngƣời viết luận văn ứng dụng công cụ gama
vào việc mô phỏng chi tiết cho từng mức ngập (tính bằng cm) và thời gian chi
tiết (chạy theo từng tháng) cho từng đơn vị hành chính. Hiện nay đã có nhiều
đề tài cũng nhƣ phần mềm mơ phỏng về lĩnh vực này của các Viện, Đại học
trong cả nƣớc tuy nhiên kết quả cho ra thƣờng là các bản đồ, thống kê chung
cho các vùng rộng lớn.
6.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn luận văn
Về khoa học: Nghiên cứu lý thuyết mơ hình hóa và mơ phỏng đa tác tử
từ đó có thể ứng dụng vào việc xây dựng các hệ thống mô phỏng lại các hiện


7


tƣợng tự nhiên cho kết quả đạt đƣợc để thực hiện việc đầu tƣ xây dựng hoặc
cải tạo tránh các rủi ro về việc đầu tƣ trong tƣơng lai.
Về thực tiễn: Luận văn sẽ góp phần vào việc định hƣớng ra quyết định
cho các kế hoạch trong tƣơng lai nhằm giảm thiểu các nguy cơ thiệt hại do
nƣớc biển dâng cao, ảnh hƣởng lớn đến đời sống và sản xuất của các địa
phƣơng giáp biển.
7. Bố cục của luận văn
Luận văn đƣợc trình bày bao gồm các nội dung nhƣ sau :
Chƣơng 1: Trong chƣơng này, ngƣời viết luận văn trình bày cơ sở lý
thuyết về mơ phỏng đa tác tử, hệ nền Gama, giới thiệu tổng quan bản đồ
thông tin địa lý GIS và nêu khái niệm về nƣớc biển dâng, độ thấm địa hình,
độ cao địa hình, đồng thời ngƣời viết luận văn giới thiệu về nguồn số liệu
mực nƣớc biển dâng thực tế qua các năm trong q khứ cũng nhƣ cách xử lý
và tính tốn số liệu cho tƣơng lai theo các kịch bản.
Chƣơng 2: Chƣơng này ngƣời viết luận văn tìm hiểu phƣơng pháp xây
dựng và thiết kế các tác tử trên bản đồ thông tin địa lý GIS tại phƣờng Hịa
Hải,cũng nhƣ tính tốn và áp dụng giải thuật cho mơ hình. Đồng thời ứng
dụng cơng cụ lập trình Gama, nạp dữ liệu nƣớc biển dâng đã tính tốn và dữ
liệu bản đồ Gis là cơ sở dữ liệu đầu vào cho việc mô phỏng ngập địa hình do
nƣớc biển dâng.
Chƣơng 3: Dựa trên những nghiên cứu, tìm hiểu ở chƣơng 1 và chƣơng
2, ngƣời viết luận văn tiến hành mô phỏng cho hiển thị thông tin các bản đồ
nguy cơ ngập của quá trình nƣớc biển dâng và thống kê diện tích ngập theo
từng tháng với các kịch bản ở mức thấp, trung bình, cao trong q khứ cũng
nhƣ dự đốn cho tƣơng lai.


8


CHƢƠNG 1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ MƠ HÌNH HĨA NƢỚC BIỂN DÂNG
1.1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ GAMA VÀ GIS
1.1.1. Giới thiệu về GAMA
GAMA là một nền tảng mô phỏng, nhằm mục đích cung cấp cho các
chun gia, nhà mơ hình, và các nhà khoa học máy tính với một mơ hình
hồn chỉnh và mơ phỏng mơi trƣờng phát triển để cho phép xây dựng không
gian mô phỏng đa tác tử. Nó đã đƣợc phát triển bởi nhóm nghiên cứu MSI
(nằm ở IFI, Hà Nội, và một phần của IRD / UPMC đơn vị nghiên cứu quốc tế
UMMISCO) từ năm 2007.
Các yêu cầu quan trọng nhất cho phép không gian mô phỏng đa tác tử
GAMA đáp ứng:
+ Khả năng sử dụng dữ liệu GIS phức tạp nhƣ một môi trƣờng cho các
tác tử.
+ Khả năng để xử lý một số lƣợng lớn (có thể khơng đồng nhất) tác tử.
+ Khả năng cung cấp một nền tảng cho các thí nghiệm điều khiển tự
động (bằng cách tự động thay đổi các thông số, ghi lại thống kê , vv...).
+ Các khả năng cho máy tính giúp các nhà khoa học thiết kế mơ hình và
tƣơng tác với các tác tử trong mơ phỏng.
Ngồi các tính năng trên, GAMA cũng cung cấp:
+ Một ngơn ngữ mơ hình hóa, GAML, cho các mơ hình tác tử và mơi
trƣờng
+ Một thƣ viện lớn và mở rộng có sẵn (chuyển động của đại lý,
truyền thơng, các chức năng toán học, đồ họa, ...)
+ Một khả năng tái lập lại nền tảng của mô phỏng
+ Một hệ thống vẽ mạnh mẽ và linh hoạt
+ Một giao diện ngƣời sử dụng dựa trên nền Eclipse



9

+ Một bộ hồn chỉnh hàng loạt các cơng cụ, cho phép thăm dị có hệ
thống hoặc "thơng minh" của mơ hình các thơng số khơng gian [8].

Hình 1.1. Nền tảng công cụ GAMA
GAMA đã trở thành một nền độc lập với khả năng truy vấn và xử lý dữ
liệu khơng gian một cách mạnh mẽ bằng việc nhúng gói phần mềm mở
GeoTools. Ngôn ngữ sử dụng trong GAMA là GAML (GAMA Modelling
Language) dự trên cấu trúc của ngôn ngữ XML [5,6]
1.1.2. Giới thiệu về GIS
Hệ thống thông tin địa lý - GIS (Geographical Information System) là
một công cụ máy tính để lập bản đồ và phân tích các sự vật, hiện tƣợng thực
trên trái đất. Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông thƣờng
(nhƣ cấu trúc hỏi đáp) và các phép phân tích thống kê, phân tích địa lý, trong
đó phép phân tích địa lý và hình ảnh đƣợc cung cấp duy nhất từ các bản đồ.


10

GIS là cơng cụ máy tính cho phép tạo lập bản đồ, phối hợp thông tin,
khái quát các viễn cảnh, quản lý, phân tích, và hiển thị tất cả các hình thức,
giải quyết các vấn đề phức tạp trong nhiều lĩnh vực thực tế [3].
GIS đƣợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực trong đó có mơ phỏng. Trong
mơ phỏng sử dụng loại dữ liệu GIS cho phép để làm cho các mơ phỏng gần
gũi hơn với tình hình thực tế, hầu hết các dữ liệu tác tử thực tế là những dữ
liệu vector. Cho phép sử dụng công cụ GIS để biểu diễn (phức tạp) phân tích
khơng gian và chuyển đổi hình học đƣa ra một dạng hình học cho các tác tử,
để quản lý những dữ liệu này [4].


Hình 1.2. Hệ thống sông, mương được xây dựng từ GIS
1.2. MƠ PHỎNG ĐA TÁC TỬ
Trong hoạt động xây dựng mơ hình nƣớc biển dâng tại thành phố Đà
Nẵng, các khái niệm cần đƣợc trình bày là mơ hình hóa và mô phỏng hƣớng
đa tác tử. Nhờ các khái niệm này ta có cái nhìn tổng quan về việc cần làm, xác
định đƣợc các yếu tố cấu thành trong hệ thống và cách xác định nhƣ thế nào.


11

1.2.1. Mơ hình hóa
a. Phân loại mơ hình
Mơ hình đƣợc phân loại theo sơ đồ sau:
Hệ thống

Thực nghiệm với
hệ thống thực

Thực nghiệm với
mơ hình hệ thống

Mơ hình vật lý

Mơ hình tốn

Mơ hình giải tích

Mơ hình số

Mơ phỏng


Hình 1.3. Sơ đồ phân loại mơ hình
Mơ hình tốn học: Thuộc loại mơ hình trừu tƣợng, các thuộc tính của đối
tƣợng đƣợc phản ánh bằng các biểu thức, phƣơng trình tốn học. Mơ hình
tốn đƣợc chia thành mơ hình giải tích và mơ hình số. Mơ hình giải tích đƣợc
xây dựng bởi các biểu thức giải tích. Cụ thể những thuộc tính đại diện, những
hành vi đƣợc ƣớc lƣợng trung bình hóa và đƣợc thể hiện bằng biểu thức, các
biểu thức này nối với nhau bằng các luật. Điểm lợi của mơ hình giải tích là sự
chắc chắn và mang tính đặc trƣng chung, cho kết quả rõ ràng, tổng qt (vì nó
ƣớc lƣợng hóa trên các tham số quan trọng ). Mà chủ yếu là có thể giải quyết


12

vấn đề theo cách tuần tự. Tuy nhiên, sự đồng nhất này cũng làm cho hệ thống
đơn giản hơn và độ chính xác cũng khơng cao so với hệ thống thực, vì vậy kết
quả giải quyết vấn đề có thể khơng gần với thực tế.
Mơ hình số: Đƣợc xây dựng theo phƣơng pháp số tức là bằng các
chƣơng trình chạy trên máy tính số. Ngày nay, nhờ sự phát triển của khoa học
kỹ thuật, ngƣời ta đã xây dựng đƣợc các mơ hình số có thể mơ phỏng q trình
hoạt động của các đối tƣợng. Những mơ hình này gọi là mơ hình mơ phỏng.
Ƣu điểm của mơ hình mơ phỏng là có thể mơ tả các yếu tố ngẫu nhiên và tính
phi tuyến của đối tƣợng thực do đó mơ hình càng gần với đối tƣợng thực.
b. Mơ hình và mơ hình hóa
Định nghĩa về mơ hình: Mơ hình là một cấu trúc trừu tƣợng nó cho phép
hiểu về một hệ thống tham chiếu hay gọi là hệ thống thực thông qua việc trả
lời một vài câu hỏi liên quan đến hệ thống. Mơ hình là sự biểu diễn lại một
cách đơn giản hóa của hệ thống tham chiếu, đƣợc xây dựng dựa trên một lý
thuyết chung và đƣợc viết trong một ngôn ngữ khoa học và ngôn ngữ này
đƣợc gọi là ngơn ngữ mơ hình hóa. Lý thuyết và ngơn ngữ mơ hình hóa đƣợc

mơ tả trong siêu mơ hình (meta-model).
Mơ hình hóa: Là hoạt động xây dựng mơ hình của những nhà khoa học.
Việc xây dựng mơ hình này là một trong hai thành phần chính của phƣơng
pháp khoa học, thành phần thứ hai đó là phần thực nghiệm, các nhà khoa học
trải qua một thời gian dài cho việc xây dựng, thử nghiệm, so sánh và điều
chỉnh những mơ hình.
Hệ thống thực: Là một phần thế giới thực đƣợc chọn bởi các nhà khoa
học. Phần thế giới thực này đƣợc biết đến thông qua việc đo lƣờng, quan sát
hoặc qua thực nghiệm mà nó sản sinh ra dữ liệu. Các dữ liệu này có thể khác
nhau về số lƣợng, chất lƣợng và có thể đến từ nhiều cấp độ tổ chức khác nhau
của hệ thống thực.


13

Ngơn ngữ mơ hình hóa: Mỗi mơ hình đƣợc diễn tả bằng một ngơn ngữ
mơ hình hóa. Ngơn ngữ này đƣợc chọn dựa vào nhiều yếu tố: Truyền thống,
chúng ta đang quan tâm đến cái gì, sự vật gì (phân tích, tổng qt…)
Cùng một hệ thống tham chiếu, có thể biểu diễn bằng nhiều mơ hình
khác nhau và đƣợc viết trong nhiều ngơn ngữ mơ hình hóa khác nhau.
Ngữ nghĩa và cú pháp của nó đƣợc xây dựng dựa trên những sự trừu
tƣợng hóa và mối quan hệ giữa những sự trừu tƣợng này, nó đƣợc diễn tả
trong một meta-model.
Meta-model: Ngơn ngữ mơ tả mơ hình. Ngơn ngữ này biểu diễn những
mơ hình động mà một bộ mơ phỏng có thể thông dịch. Meta-model định
nghĩa những khái niệm thành phần trong việc mơ hình hóa hệ thống tham
chiếu, các đặc điểm, các mối quan hệ tồn tại giữa những khái niệm độc lập
của các kỹ thuật cài đặt trong tin học đƣợc sử dụng bởi mơ phỏng.
Có nhiều meta-model đƣợc sử dụng trong mô phỏng. Để minh họa rõ
ràng hơn, chúng ta tham khảo hình sau là sự biểu diễn một cách đơn giản

meta-model hƣớng tác tử bằng UML.

Hình 1.4. Meta-model hướng tác tử


14

Mơ hình minh họa cho một lý thuyết nhƣng nó không là một lý thuyết
thuần túy. Tuy nhiên trong thực tế hai khái niệm này thƣờng dùng với cùng
một ý nghĩa. Mối quan hệ giữa lý thuyết và mơ hình là mối quan hệ giữa cái
chung và cái riêng. Một lý thuyết thì biểu diễn những thuộc tính chung của
một tập các hệ thống tham chiếu và mơ hình là một thể hiện của một lý thuyết
cho một hệ thống cụ thể.
Một mơ hình đƣợc gọi là tĩnh khi mơ hình đó biểu diễn lại một hệ thống
tham chiếu mà khơng có sự biến đổi theo thời gian. Ngƣợc lại, một mơ hình
đƣợc gọi là động khi nó có thể hiện sự thay đổi theo thời gian trong sự biểu
diễn của nó thơng qua một vài giả thuyết hoặc một vài luật.
Mơ phỏng đƣợc xây dựng trên mơ hình động.
1.2.2. Mô phỏng
a. Khái niệm về mô phỏng
Mô phỏng là một khái niệm đƣợc sử dụng từ khá lâu trong đời sống,
khoa học kỹ thuật trƣớc khi các thế hệ máy tính đầu tiên ra đời, ý nghĩa chung
là mơ tả lại một tiến trình bằng một tiến trình khác có sự điều kiển và tác
động. Ngày nay, nhờ có sự phát triển mạnh về công nghệ thông tin mà việc
mô phỏng trở nên dễ dàng hơn.
Mô phỏng là một hoạt động theo một phƣơng pháp và có một mục đích
xác định, với sự trợ giúp của một phƣơng pháp thực nghiệm đƣợc gọi là bộ
mô phỏng, ngƣời ta thực hiện một sự xáo trộn những dữ liệu đầu vào của một
mơ hình động, thực thi nó và nhận những dữ liệu đầu ra để hiểu đƣợc những
chức năng, đặc tính của mơ hình. Tất cả những mơ hình đƣợc viết phải tôn

trọng meta-model đƣợc liên kết với bộ mô phỏng và phải có ít nhất một tham
số đầu vào để sẵn sàng thực hiện q trình mơ phỏng [7].
Mục đích của mơ phỏng:
+ Hợp thức hóa, đánh giá, kiểm chứng: Mô phỏng để kiểm tra một giả


15

thuyết của mơ hình của hệ thống thực, kiểm chứng cũng nhƣ chứng minh lý
thuyết đã dùng xây dựng mô hình.
+ Mơ phỏng cũng có mục đích chỉ ra sự giao tiếp, sự tập huấn, sự minh
họa rõ ràng: Nghĩa là mô phỏng làm cho thấy rõ và chia sẽ mơ hình động của
hệ thống thực.
+Hiểu biết, khám phá: Mơ phỏng cho phép hiểu chức năng của hệ thống
thực bằng cách xem mơ hình nhƣ một bản sao thu nhỏ mà chúng ta có thể
nghiên cứu một cách dễ dàng.
+ Hỗ trợ quyết định hay là một sự điều khiển mà nó tác động đến trạng
thái thực của hệ thống tham chiếu.
+ Tiên đoán, dự báo những sự phát triển (thay đổi) có thể của hệ thống
thực (ứng dụng trong các trị chơi, dự báo thời tiết…)
Bộ mơ phỏng (Simulator): là một chƣơng trình tin học hay cịn gọi là
một hệ nền (platform) có khả năng thơng dịch những mơ hình động và đƣợc
sử dụng để sinh ra những sự thay đổi (xáo trộn) mong muốn trên những mơ
hình này.
Mơ hình thực thi: Là mơ hình động đƣợc mơ tả trong một ngôn ngữ tuân
theo meta-model kết hợp với bộ mơ phỏng và ngơn ngữ này có thể đƣợc
thơng dịch trực tiếp hoặc thực thi bởi bộ mô phỏng. [2]
b. Mô trường
Môi trƣờng là nơi chứa các tác tử, các tài nguyên, là một phần thiết yếu
của hệ tác tử. Môi trƣờng phục vụ cho nhiều chức năng nhƣ nhận thức, di

chuyển, định vị… và cung cấp một cấu trúc khơng gian đa hình.
Mơi trƣờng có thể đƣợc định nghĩa nhƣ là tập hợp những thông tin mà
các tác tử khơng mang đƣợc. Mơi trƣờng có trƣờng hợp đƣợc xem nhƣ một
tập hợp các cấu trúc ràng buộc, hay có trƣờng hợp môi trƣờng đƣợc xem nhƣ
nơi hỗ trợ nhận thức cho tác tử hay là nơi điều khiển các hành động, cũng có
khi mơi trƣờng là tác tử độc lập.


16

c. Tác tử
Tác tử là một chƣơng trình, nằm trong một mơi trƣờng, nó có khả năng
nhận thức, giao tiếp, và vận hành một cách độc lập để đạt đƣợc mục tiêu của
mình.
d. Mơ phỏng hướng đa tác tử
Mơ hình đa tác tử là một hệ thống bao gồm nhiều thực thể (tác tử) cùng
vận hành nên một môi trƣờng cụ thể nào đó mà nó đƣợc nhúng bên trong.
Các tác tử này có các thuộc tính, hành vi, các khả năng về nhận thức và giao
tiếp. Tập hợp các giá trị thuộc tính của một thực thể tại một thời điểm nào đó
gọi là trạng thái của thực thể và tập hợp các tập trạng thái của các thực thể
hình thành nên trạng thái cấp vi mơ – hay nói đơn giản – trạng thái của hệ
thống [2].

Hình 1.5. Mơ hình tác tử
Hành vi là những luật điều khiển sự thay đổi trạng thái thông qua việc
can thiệp vào các trạng thái của các tác tử mang những hành vi này, cũng nhƣ
những trạng thái của những tác tử khác xuất hiện trong các sự kiện, hành
động, giao tiếp hay tƣơng tác đƣợc mô tả trong các hành vi.