Nghiên cứu ứng dụng mã nguồn mở GIS

- YIM SAMETH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÃ NGUỒN MỞ GIS Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Người hướng dẫn: PGS.TS.
- Tác giả CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT CSDL Cơ sở dữ liệu API Application Programming Interface ASP Active Server Pages CGI Common Gateway Interface CTM Chemistry Transport Models DBMS Database Management System DLL Dynamic Link Library DNS Domain Name Server ESRI Environmental System Research Institute FTP File Transfer Protocol GIS Geographical Information System GML Geography Markup Language GPL General Public License GPS Global Positioning System GRASS Geographics Resources Analysis Support System HTTP HyperText Transfer Protocol ISAPI Internet Server Application Programming Interface ISP Internet Service Provider JPEG Joint Photographic Experts Group MIS Management Information System MM Meteorology Models OGM OGIS Geodata Model ORDBMS Objec Relational Database Management System OSM Open Source MapServer OSS Open Source Software RDBMS Relational Database Management System SDI Spatial Data Infrastructure SQL Structured Query Language TCP/IP Transport Control Protocol/Internet Protocol URL Uniform Resource Locator USACERL Construction Engineering Research Laboratory WAN Wide Area Network WWW World Wide Web DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ Bảng 1.1 Các loại dữ liệu Bảng 1.2 Phân biệt dữ liệu không gian và dữ liệu phi không gian Bảng 3.1 Các kiểu dữ liệu trong PostgreSQL Bảng 4.1 Gói phần mềm MapServer Bảng 4.2 Mô tả File Header của tệp chính Bảng 4.3 Mô tả các giá trị ShapType và kiểu đối tượng hình học Bảng 4.4 Mô tả Header của mỗi bản ghi Bảng 4.5 Nội dung của bản ghi điểm Bảng 4.6 Nội dung của bản ghi đa điểm Bảng 4.7 Mô tả các trường của một arc Bảng 4.8 Nội dung của bản ghi đường Bảng 4.9 Mô tả các trường của một Polygon Bảng 4.10 Nội dung của bản ghi vùng Bảng 4.11 Mô tả bản ghi của tệp chỉ số Hình 1.1 Hệ thông tin địa lý Hình 1.2 Hình các lớp bản đồ Hình 1.3 Biểu diễn Raster Hình 1.4 Sự ảnh hưởng của lựa chọn kích thước tế bào Hình 1.5 “Khảm” mặt phẳng Hình 1.6 Các thành phần hình học cơ sở Hình 1.7 Biểu diễn bản đồ vectơ Hình 1.8 Quan hệ số liệu bản đồ vectơ và số liệu phi hình học Hình 1.9 Kiến trúc đối ngẫu của hệ GIS Hình 1.10 Kiến trúc tầng của GIS Hình 1.11 Kiến trúc tích hợp của hệ GIS Hình 2.1 Bức tường lửa Hình 2.2 Kiến trúc Web Hình 2.3 Kiến trúc Web một máy chủ Hình 2.4 Tiến trình gửi yêu cầu trên Internet Hình 2.5 Các thông điệp của giao thức HTTP Hình 2.6 Trang Web chứa ảnh bản đồ Hình 2.7 CGI Hình 2.9 ASP Hình 3.1 Mô hình xử lý địa lý có thể thực hiện được Hình 3.2 Sơ đồ đưa ra mực khác nhau của GRASS GIS Hình 3.3 Những luông thành phần và thông tin trong hệ thống nguyên mẫu Hình 4.1 Minnesota MapServer dùng PHP/MapScript Hình 4.2 Bản đồ chạy Gmap demo Hình 4.3 Cấu trúc của tệp chính Hình 4.4 Là một ví dụ về hình đa giác 8 cạnh và có lỗ bên trong, có NumPart bằng 2 và NumPoints bằng 10 Hình 4.5 Cấu trúc của tệp chỉ số Hình 4.6 Kết quả đưa ra của PHP trên trình duyệt Hình 4.7 Đăng nhập Hình 4.8 Kết quả trang exe.php Hình 4.9 Lớp sông ngòi Hình 4.10 Bảng thuộc tính cho biết tên phường trong thủ đô Phnom Penh Hình 4.11 Chương trình bản đồ Cămpuchia chạy lần đầu tiên Hình 4.12 Khi thay đổi ‘Java Mode’ Hình 4.13 Khi chọn nhiều lớp 1 LỜI MỞ ĐẦU Trong vòng 20 năm trở lại đây, công nghệ khai thác thông tin địa lý có các bước phát triển đáng kinh ngạc.
- Sự cạnh tranh quyết liệt cùng với các đòi hỏi ngày càng tăng từ phía người dùng đã thúc đẩy việc ra đời nhiều giải pháp công nghệ có chất lượng cao trong thị trường ngày càng rộng lớn của các hệ thông tin địa lý (GIS).
- Tuy nhiên hầu hết các sản phẩm GIS thương mại hiện có trên thị trường chỉ được thiết kế với mục đích hỗ trợ các đòi hỏi cở bản của người dùng như số hoá, lưu trữ và hiển thị các dữ liệu địa lý.
- Trong đó, chỉ có một số ít sản phẩm quan tâm đến vấn đề giao diện với người dùng, tính tương tác giữa các hệ dữ liệu và khả năng hỗ trợ dữ liệu địa lý của các hệ cơ sở dữ liệu.
- Trong thời gian tới, công nghệ thông tin địa lý sẽ có các bước thay đổi quan trọng khi các hệ thống cơ sở dữ liệu có khả năng hỗ trợ dữ liệu địa lý được sử dụng rộng rãi.
- Cho đến thời điểm hiện tại, rất ít kỹ thuật khai thác thông tin địa lý được sử dụng trong các sản phẩm GIS trên thị trường với chiến lược mã nguồn mở, chúng ta hy vọng sẽ đẩy nhanh được các qua trình khai thác thông tin bằng cách chia sẻ thông tin có được trong qua trình khai thác.
- Tuy nhiên đối với Cămpuchia là một nước nghèo, ngành công nghệ thông tin nói chung và hệ thống thông tin đia lý nói riêng là một lĩnh vực rất mới mẻ so với các nước trong khu vực và quốc tế.
- Với nguồn nhân lực kém và cơ sở hạ tầng chưa đầy đủ, Cămpuchia gặp rất nhiều khó khăn để khai thác, phát triển và triển khai các hệ thống thông tin địa lý này.
- Với mong muốn bước đầu tìm hiểu về GIS trong môi trường mã nguồn mở, tôi đặt vấn đề nghiên cứu một ứng dụng khai thác bản đồ Cămpuchia trên 2 Web sử dụng mã nguồn mở.
- Cấu trúc của luận văn chia thành bốn chương chính sau đây: Chương I: Một số vấn đề cơ sở của GIS Chương II: Kỹ thuật kết nối GIS với Web Chương III: Kiến trúc OPEN GIS Chương IV: Xây dựng ứng dụng khai thác bản đồ CĂMPUCHIA trên Web Kết luật: Tóm tắt các kết quả chính đã đạt được và phương hướng nghiên cứu tiếp theo 3 Chương I MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ SỞ CỦA GIS I.1.
- ĐỊNH NGHĨA GIS Hệ thống thông tin địa lý (GIS - Geographical Information System) bao gồm dữ liệu về mặt trái đất và các diễn giải dữ liệu để con người dễ hiểu.
- Nó được thu thập từ bản đồ hay qua đo đạc trực tiếp, viễn thám điều tra, phân tích hay mô phỏng.
- nhưng chúng đều có điểm giống nhau: bao hàm khái quát không gian, phân biệt giữa hệ thông tin quản lý (Management Information System - MIS) và GIS.
- Về khía cách của bản đồ họa thì GIS là kết hợp của bản đồ trợ giúp máy tính và cộng nghệ cơ sở dữ liệu.
- Định nghĩa đơn giản: o GIS là một công cụ trợ giúp quyết định không gian.
- Định nghĩa phức tạp o Định nghĩa của dự án The Geographer’s Craft, khoa Địa lý, trưởng Đại học Texas: GIS là CSDL số chuyên dụng trong đó hệ trục toạ độ không gian là phương tiện tham chiếu.
- Nhập dữ liệu từ bản đồ giấy, ảnh vệ tinh, ảnh máy bay, số liệu điều tra và các nguồn khác.
- Biến đổi dữ liệu, phân tích, mô hình hóa, bao gồm cả dữ liệu thống kê và dữ liệu không gian.
- Lập báo cáo, bao gồm bản đồ chuyên đề, các bảng biểu, biểu đồ và kế hoạch.
- o Định nghĩa của Viện nghiên cứu Hệ thống Môi trường ESRI, Mỹ: GIS là công cụ trên cơ sở máy tính để lập bản đồ và phân tích những cái đàng tôn tại và các sự kiện xảy ra trên Trái Đất.
- Cộng nghệ GIS tích hợp các thao tác cơ sở dữ liệu (CSDL) như truy vấn và phân tích thống kê với lợi thế quan sát và phân tích thống kê bản đồ.
- Các khả năng này sẽ phân biết GIS với các hệ thống thông tin khác.
- o Định nghĩa của David Cowen, NCGIA, Mỹ: GIS là hệ thống phần cứng, phần mềm và các thủ tục được thiết kế để thu thập, quản lý, xử lý, mô hình hoá và hiển thị các dữ liệu quy chiếu không gian để giải quyết các vấn đề quản lý và lập kế hoạch phức tạp.
- Nói chung GIS là hệ thống phần cứng, phần mềm và các thủ tục được thiết kế để thu thập quản lý, xử lý, phân tích, mô hình hoá và hiển thị các dữ liệu qui chiếu không gian để giải quyết các vấn đề quản lý và lập kế hoạch phức tạp .
- Trong đó con người mong mỏi lưu trữ, quản lý đầy đủ các dữ liệu về thế giới thực nhưng sẽ dẫn đến phải có cơ sở dữ liệu lớn vô hạn để lưu trữ mọi thông tin chính xác về chúng.
- Do vậy để lưu trữ được dữ liệu không gian của thế giới thực vào máy tính phải thực hiện như trên hình 1.1.
- Các đặc trưng địa lý phải được biểu diễn bởi các thành phần rời rạc hay các đối tượng để lưu vào cơ sở dữ liệu máy tính.
- Cơ sở dữ 5 liệu là các thông tin được trích lọc từ thế giới thực vì vậy bản đồ là nguồn dữ liệu chủ yếu cho hệ thống GIS.
- Hình 1.1 Hệ thông tin địa lý GIS lưu trữ thông tin thế giới thực thành các lớp (layer) bản đồ chuyên đề mà chúng có khả năng liên kết địa lý với nhau.
- Hạn chế số lượng thông tin thuộc tính cần gán cho đối tượng bản đồ sẽ quản lý.
- Tăng khả năng cập nhật thông tin và bảo trì chúng vì thông thường mỗi một lớp thông tin có các nguồn tư liệu thu thập khác nhau.
- Hiển thị bản đồ nhanh và dễ truy cập.
- Mỗi nhóm người sử dụng sẽ quan tâm nhiều hơn đến một hay vài loại thông tin.
- Tư tưởng tách bản đồ thành lớp tuy đơn giản GIS + Phần mềm công cụ CSDL Kết quả Người sử dụng Trừu tượng hay đơn gian hoá 6 nhưng khá mềm dẻo và hiệu quả, chúng cho khả năng giải quyết rất nhiều vấn đề về thế giới thực, từ theo dõi điều hành xe cộ giao thông, đến các ứng dụng lập kế hoạch và mô hình hoá lưu thông.
- Hình các lớp bản đồ Mỗi hệ GIS đều có mô hình dữ liệu quan niệm riêng để biểu diễn mô hình dữ liệu vật lý duy nhất.
- Hệ thông tin địa lý cung cấp các phương pháp để người sử dụng làm theo các mô hình quan niệm.
- Với người sử dụng thì các quan niệm dữ liệu không gian liên quan chặt chẽ với dữ liệu nguồn để xây dựng nền mô hình không gian trên máy tính.
- Các đơn vị hình học sơ khai được sử dụng để đặc trưng các dữ liệu không gian thu thập được.
- Có hai mô hình dữ liệu không gian chúng ta thường gặp trong các hệ thống GIS đó là mô hình dữ liệu Véctơ và mô hình dữ liệu Raster.
- Trong các phần tiếp theo, các mô hình dữ liệu địa lý được mô tả đầy đủ hơn [1].
- I.2 MÔ HÌNH DỮ LIỆU VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU TRONG GIS 7 I.2.1 Phân loại dữ liệu Dữ liệu thống kê gắn với các hiện tượng tự nhiên với mức độ chính xác khác nhau.
- Hệ thống thước đo của chúng bao gồm các dữ liệu tên, số thứ tự, khoảng và tỷ lệ.
- Bảng 1.1: Các loại dữ liệu STT Dữ liệu Định nghĩa Thí dụ 1.
- Dữ liệu tên (nominal) Là những dữ liệu chỉ có tên, không theo trật tự đặc biệt nào.
- Dữ liệu thứ tự (ordinal) Là danh sách các lớp rời rạc nhưng có trật tự Trình độ học vấn (tiểu học, trung học, đại học, sau đại học).
- Dữ liệu khoảng (interval) Có trình tự tự nhiên nhưng có thêm đặc tính là khoảng cách giữa các biến còn có ý nghĩa.
- Dữ liệu tỷ lệ (ratio) Có đặc tính như biến khoảng nhưng có giá trị bắt đầu là 0.
- Ngoài cách phân loại dữ liệu như trên, dữ liệu GIS còn được phân thành hai lớp dữ liệu khác nhau: dữ liệu không gian và dữ liệu phi không gian.
- Bảng 1.2: Phân biêt dữ liệu không gian và dữ liệu phi không gian STT Dữ liệu Định nghĩa Thí dụ 1.
- Dữ liệu không Là dữ liệu về vị trí của người, vật, hiện tượng, hay qua trình Giả sử có đối tượng không gian là “giếng khoan”, cặp 8 gian theo một hệ toạ độ hay hệ quy chiếu nào đó giá trị kính vĩ độ lưu trữ vị trí của chúng trên Trái đất 2.
- Dữ liệu phi không gian Là dữ liệu thuộc tính hay mô tả gắn với các vị trí hay đối tượng địa lý khác nhau, được kết nối logic với dữ liệu không gian Các thông tin về độ sâu, khối lượng nước trong mỗi khoảng thời gian của giếng.
- Bản đồ là một nguồn dữ liệu thông tin địa lý quan trọng, là đầu vào và đầu ra, là nguyên vật liệu, sản phẩm của GIS.
- Bản đồ sẽ hiển thị thông tin bằng cách biểu diễn đồ hoạ các thanh phần của nó.
- Các thông tin vị trí sẽ được biểu diễn bằng các điểm cho các đối đượng như trạm điện thoại, các đường cho các đối tượng như đường phố, sông ngòi và các đường ống dẫn nước, các vùng cho các đối tượng như hồ, đường bao của các thành phố.
- I.2.2 Cấu trúc dữ liệu Dữ liệu (data) và thông tin (information) là hai khái niệm khác biết nhau.
- Dữ liệu là các con số hay sự kiện được tập hợp các hệ thống cho một hay nhiều mục đính cụ thể.
- Thông tin được xem như dữ liệu đã được xử lý dưới khuốn mẫu hữu ích cho người dùng và là những giá trị nhận thức được cho công tác lập quyết định.
- Hệ thống thông tin có nhiệm vụ chuyển đổi dữ liệu thành thông tin theo các tiến trình khác nhau như biến đổi, tổ chức, cấu trúc hoá và mô hình hoá.
- Dữ liệu địa lý là loại đặc biệt của dữ liệu.
- Chúng được nhận biết bởi toạ độ địa lý và được hình thành từ phần tử mô tả và phần tử đồ hoạ.
- Thông tin địa lý thu được từ xử lý dữ liệu địa lý.
- Tổ chức thông tin biểu diễn quan sát dữ liệu của người sử dụng (khái niệm về thế giới thực) và nó được thể hiện bằng mô hình dữ liệu.
- Các hiện tượng tự nhiên được nghiên cứu thông qua mô hình.
- Mô hình là bước tranh hay mô tả vấn đề đang được 9 giả quyết, biểu diễn hay là mô tả chính giải pháp.
- Mô hình dữ liệu địa lý là các quy tắc được sử dụng để biến đổi đặc trưng địa lý của thể giới thực thành các đối tượng rời rạc.
- Mô hình dữ liệu được sử dụng để biểu diễn thực thể với mức độ phức tạp khác nhau.
- Với người dùng, các quan niệm dữ liệu không gian liên quan chặt chẽ với dữ liệu nguồn để xây dựng mô hình không gian trên máy vi tính.
- Có hai nhóm mô hình dữ liệu không gian chúng ta thường gặp trong GIS, đó là mô hình dữ liệu raster và mô hình dữ liệu vector.
- I.2.3 Mô hình dữ liệu I.2.3.1 Mô hình dữ liệu Raster Mô hình dữ liệu Raster (hay còn gọi là lưới tế bào) hình thành nền cho một số hệ thông tin địa lý.
- Các hệ thống trên cơ sở Raster hiển thị, định vị và lưu trữ dữ liệu đồ họa nhờ sử dụng các ma trận hay lưới tế bào.
- Độ phân giải dữ liệu Raster phụ thuộc vào kích thước của tế bào hay điểm ảnh.
- Tiến trình xây dựng lưới tế bào được mô tả như sau đây: Giả sử phủ một lưới trên bản đồ gốc, dữ liệu Raster được lập bằng cách mã hoá mỗi tế bào bằng một giá trị dựa theo các đặc trưng trên bản đồ như trên hình 1.3.
- Kiểu dữ liệu của tế bào trong lưới phụ thuộc vào thực thể được mã hoá.
- Độ chính xác của mô hình này phụ thuộc vào kích thước hay độ phân giải của các tế bào lưới (hình 1.4).
- Biểu diễn Raster a) b) c) Hình 1.4 Sự ảnh hưởng của lựa chọn kích thước tế bào Bản đồ được phân ra thành nhiều lớp.
- Mỗi lớp bản đồ có thể bao gồm hàng triệu tế bào.
- Để giảm số lượng cần lưu trữ trong máy tính ta phải nén dữ liệu nhờ một số thuật toán.
- Có thuật toán bảo toàn ảnh, cho khả năng khôi phục toàn bộ tập dữ liệu gốc.
- Có thuật toán tối ưu được dung lượng lưu trữ nhưng lại mất mát thông tin ban đầu.
- Sau đây là trình bày tóm tắt cơ chế nén cho khả năng phục hồi đầy đủ thông tin

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt