Xây dựng hệ thống quản lý thông tin đất đai tại huyện đức phổ, quảng ngãi trên nền webgis

Trong các ứng dụng công nghệ thông tin hiện nay thì Hệ thống thông tin địa lý Geographic Information System – GIS có thể đáp ứng được yêu cầu này, GIS được xem như một hệ thống thông tin

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGUYỄN THỊ CÚC

XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ

THÔNG TIN ĐẤT ĐAI TẠI HUYỆN ĐỨC PHỔ,

QUẢNG NGÃI TRÊN NỀN WEBGIS

LUẬN VĂN THẠC SĨ HỆ THỐNG THÔNG TIN

Đà Nẵng - Năm 2017

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGUYỄN THỊ CÚC

XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ

THÔNG TIN ĐẤT ĐAI TẠI HUYỆN ĐỨC PHỔ,

QUẢNG NGÃI TRÊN NỀN WEBGIS

Chuyên ngành: HỆ THỐNG THÔNG TIN

Mã số: 61.49.01.04

LUẬN VĂN THẠC SĨ HỆ THỐNG THÔNG TIN

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS VÕ TRUNG HÙNG

Đà Nẵng - Năm 2017

Tôi xin cam đoan luận văn “Xây dựng hệ thống quản lý thông tin đất đai tại huyện Đức Phổ, Quảng Ngãi trên nền WebGIS” là công trình nghiên cứu của riêng

cá nhân tôi, không sao chép của ai do tôi tự nghiên cứu, đọc, dịch tài liệu, tổng hợp và thực hiện Nội dung lý thuyết trong luận văn tôi có sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã trình bày trong phần tài liệu tham khảo Các số liệu, chương trình phần mềm

và những kết quả trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác

Để thực hiện thành công luận văn, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Võ Trung Hùng người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận văn Qua đây tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo Trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng đã truyền đạt những kiến thức và tạo điều kiện để tôi hoàn thành tốt luận văn này

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Cúc

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài 3

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

4 Phương pháp nghiên cứu 3

5 Ý nghĩa của đề tài 4

6 Kết quả đạt được 4

7 Bố cục của luận văn 4

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 6

1.1 HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) 6

1.1.1 Khái niệm 6

1.1.2 Các thành phần của GIS 8

1.1.3 Chức năng của GIS 11

1.1.4 Một số ứng dụng của GIS 12

1.2 GIỚI THIỆU VỀ WEBGIS 12

1.2.1 Khái niệm 12

1.2.2 Kiến trúc WebGIS 13

1.2.3 Cấu trúc triển khai 15

1.2.4 Chiến lược phát triển 16

1.3 CÁC CÔNG CỤ HỖ TRỢ 19

1.3.1 GeoServer 19

1.3.2 PostgreSQL/PostGIS 21

1.3.3 OpenLayers 24

1.3.4 QGIS 25

1.3.5 Apache Tomcat 27

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 27

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG 28

2.1 MÔ TẢ ỨNG DỤNG 28

2.1.1 Mục đích của ứng dụng 28

2.1.2 Đối tượng sử dụng 28

2.1.4 Yêu cầu chức năng 28

2.2 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP 29

2.3 PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG 31

2.3.1 Phân loại người sử dụng 31

2.3.2 Phân tích hệ thống 31

2.3.3 Thiết kế hệ thống 32

2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 41

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH VÀ THỬ NGHIỆM 42

3.1 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH 42

3.1.1 Quy trình hoạt động của WebGIS 42

3.1.2 Quy trình hiển thị bản đồ trong GeoServer lên giao diện WebGIS 43

3.1.3 Hiển thị các lớp dữ liệu trên Geoserver 44

3.1.4 Các bước triển khai xây dựng hệ thống 46

3.2 XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU 49

3.2.1 Thiết kế các bảng nhập liệu 49

3.2.2 Nhập dữ liệu 49

3.2.3 Xem dữ liệu 50

3.3 THỰC NGHIỆM CHƯƠNG TRÌNH 51

3.3.1 Giao diện đăng nhập vào hệ thống 51

3.3.2 Giao diện chính cho người dùng 51

3.3.3 Giao diện cho người biên tập 55

3.3.4 Giao diện cho người quản trị 56

3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 56

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO)

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

GIS Geographic Information System

GPS Global Positioning System

TOPP The Open Planning Project

OGC Open Geospatial Consortium

WMS Web Map Service

WFS Web Feature Service

CSDL Cơ sở dữ liệu

SLD Styled Layer Desrciptor

XML Extensible Markup Language

WCS Web Coverage Service

URL Uniform Resource Locator

GML Geography Markup Languge

API Application Programming Interface - Giao diện lập trình ứng dụng HTML HyperText Markup Language

CGI Common Gateway Interface

DBMS Database Management System

HTTP HyperText Transfer Protocol

ODBC Open Database Connectivity

OSM OpenStreetMap – Bản đồ đường sá mở

3.1 Bảng dữ liệu Địa phận "Diaphan" 49 3.2 Bảng dữ liệu Thửa đất "Thuadat" 49

Số hiệu hình Tên hình Trang

1.6 Các bước xử lý thông tin của WebGIS [4][24] 14

2.4 Biểu đồ tuần tự của ca sử dụng Đăng nhập 40

2.5 Biểu đồ tuần tự của ca sử dụng Sửa thông tin thửa

3.2 Quy trình hiển thị bản đồ trong GeoServer [8] 43

3.4 Kết quả hiển thị layer Địa phận "DiaphanLayer" 45 3.5 Kết quả hiển thị layer Thửa đất "ThuadatLayer" 45

3.12 Bảng nhập thông tin cho thửa đất 49

3.18 Hiển thị thông tin thuộc tính thửa đất trên bản đồ 52

3.22 Tìm kiếm thông tin thửa đất theo số từ bản đồ 54

3.23 Tìm kiếm thông tin thửa đất theo số thửa và số từ

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Đất đai là nguồn tài nguyên thiên nhiên vô cùng quý giá đối với mỗi quốc gia, là

tư liệu sản xuất đặc biệt, là thành phần quan trọng hàng đầu trong môi trường sống, là địa bàn phân bố các khu dân cư, xây dựng các cơ sở kinh tế, văn hóa, xã hội, an ninh

và quốc phòng Do đó, công tác quản lý nhà nước về đất đai cần phải nắm chắc các thông tin về đất như số thửa, số tờ bản đồ, diện tích, mục đích sử dụng, người sử dụng,

vị trí, hình thể thửa đất để phục vụ tốt công tác quản lý và đáp ứng nhu cầu hoạt động của dân cư

Đức Phổ là huyện đồng bằng ven biển nằm ở phía nam tỉnh Quảng Ngãi, có diện tích tự nhiên 37.276 ha với địa hình phức tạp, đa dạng, bị chia cắt mạnh, núi và đồng bằng xen kẽ, một số nhánh núi của dãy Trường Sơn chạy ra tận bờ biển Là một trong những huyện đang vươn mình tăng tốc phát triển kinh tế - xã hội, xây dựng đô thị,… để đưa huyện Đức Phổ trở thành thị xã trực thuộc tỉnh vào năm 2017 Trong công cuộc đổi mới kéo theo nhu cầu sử dụng đất ngày càng tăng lên một cách nhanh chóng, tình hình biến động đất đai trong huyện cũng ngày một đa dạng và phức tạp Đặc biệt, ở các khu vực đang đô thị hóa biến động rất nhiều về chuyển quyền sử dụng đất, chuyển mục đích, thu hồi, giao đất, thế chấp… diễn ra sôi động làm cho công tác quản lý tài nguyên đất tại huyện Đức Phổ gặp nhiều khó khăn

Để quản lý tốt cơ sở dữ liệu về đất đai cần phải có một công cụ quản lý, cập nhật thông tin, dữ liệu một cách thường xuyên, đầy đủ và chính xác Trong các ứng dụng công nghệ thông tin hiện nay thì Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System – GIS) có thể đáp ứng được yêu cầu này, GIS được xem như một hệ thống thông tin đa năng, với khả năng quản lý chia sẻ các ứng dụng thông tin địa lý qua mạng Internet, công nghệ GIS được phát triển theo hướng tích hợp GIS trên nền Web hay còn gọi là WebGIS WebGIS là xu hướng phổ biến thông tin mạnh mẽ trên Internet không chỉ dưới góc độ thông tin thuộc tính thuần túy mà

nó kết hợp được với thông tin không gian hữu ích cho người sử dụng Đây là một

hướng đi mới mang lại hiệu quả cao trong nhiều lĩnh vực quản lý tài nguyên, môi trường cũng như quản lý đất đai

Ngày nay sự phát triển của công nghệ thông tin đã thực sự có rất nhiều ảnh hưởng đến sự phát triển kinh tế - xã hội, sản xuất kinh doanh, quản trị doanh nghiệp,

nó trở thành một công cụ hỗ trợ đắc lực trong các công tác quản lý, xây dựng dữ liệu cũng như đề xuất các chiến lược kinh doanh hiệu quả Một trong những công cụ được phát triển mạnh trong những năm gần đây được kể đến là GIS (Geographic Information System – hệ thống thông tin địa lý), GIS đã được ứng dụng rất nhiều trong các ngành khoa học có liên quan đến dữ liệu không gian, với khả năng quản lý chia sẽ các ứng dụng thông tin địa lý qua mạng Internet, công nghệ GIS được phát triển theo hướng tích hợp GIS trên nền Web hay còn gọi là WebGIS WebGIS là xu hướng phổ biến thông tin mạnh mẽ trên Internet không chỉ dưới góc độ thông tin thuộc tính thuần túy mà nó kết hợp được với thông tin không gian hữu ích cho người

sử dụng Đây là một hướng đi mới mang lại hiệu quả cao trong nhiều lĩnh vực quản

lý tài nguyên, môi trường cũng như quản lý đất đai

Trong những năm qua ngành Tài nguyên và Môi trường không ngừng nổ lực trong việc xây dựng một hệ thống thông tin hiện đại nhằm đáp ứng các mục tiêu quản

lý Nhà nước về đất đai theo hướng xây dựng Chính phủ điện tử và thực hiện chủ trương kinh tế hóa của ngành, bước đầu đã có một số đơn vị trong nước nghiên cứu xây dựng

hệ thống quản lý thông tin đất đai Tuy nhiên các nghiên cứu xây dựng hệ thống quản

lý thông tin về đất đai ở tỉnh Quảng Ngãi đặc biệt là huyện Đức Phổ hiện nay chưa được xây dựng để quản lý thông tin đất đai, chỉ thực hiện quản lý theo thủ công Xuất phát từ tình hình thực tế trên và tính cấp thiết hiện nay trong công tác quản

lý nhà nước về đất đai, việc ứng dụng WebGIS vào công tác quản lý đất đai là rất cần thiết Chính vì vậy, sau khi được sự đồng ý, hướng dẫn, động viên và giúp đỡ hết sức

tận tình của PGS.TS Võ Trung Hùng tôi đã chọn đề tài: “Xây dựng hệ thống quản lý

thông tin đất đai tại huyện Đức Phổ, Quảng Ngãi trên nền WebGIS” làm đề tài

nghiên cứu cho luận văn cao học của mình

2 Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài

2.1 Mục tiêu

Ứng dụng công nghệ WebGIS xây dựng hệ thống quản lý thông tin đất đai tại huyện Đức Phổ, tỉnh Quảng Ngãi trên mạng Internet nhằm nâng cao hiệu quả quy hoạch sử dụng đất và góp phần làm minh bạch hóa thị trường đất đai

2.2 Nhiệm vụ

Để đạt được mục tiêu đề ra, chúng tôi tiến hành thực hiện ba nhiệm vụ sau: Nhiệm vụ 1, khảo sát, thu thập dữ liệu về đất đai; Nhiệm vụ 2, nghiên cứu lý thuyết của GIS, WebGIS và các phần mềm hỗ trợ; Nhiệm vụ 3, tổ chức thiết kế các module khai thác, quản lý dữ liệu tài nguyên đất

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Các văn bản pháp quy hiện hành về quản lý đất đai, hệ thống thông tin địa lý, thông tin dữ liệu đất đai và bản đồ hiện trạng huyện Đức Phổ

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Trong phạm vi của luận văn chúng tôi lựa chọn phần mềm PostgreSQL/PostGIS làm công cụ để xây dựng cơ sở dữ liệu Dữ liệu đất chúng tôi tiến hành khảo sát, thu thập tại huyện Đức Phổ Thông qua dữ liệu thu thập được, chúng tôi tiến hành xây dựng hệ thống quản lý thông tin đất đai bằng WebGIS, hệ thống dữ liệu mà chúng tôi thực hiện gồm: bản đồ nền, địa phận và thông tin thửa đất

4 Phương pháp nghiên cứu

4.1 Phương pháp lý thuyết

Trong quá trình triển khai luận văn chúng tôi sử dụng phương pháp thu thập và

xử lý tài liệu về dữ liệu thửa đất như vị trí, các thông tin thuộc tính thửa đất tại khu vực Đức Phổ - Quảng Ngãi, các tài liệu được tổng hợp, phân tích và sử dụng trong các nghiên cứu liên quan đến luận văn

Để xây dựng ứng dụng chúng tôi sử dụng công nghệ mã nguồn mở Geoserver,

hệ quản trị CSDL PostgreSQL/PostGIS, thư viện JavaScript Openlayer để xây dựng ứng dụng

4.2 Phương pháp thực nghiệm:

Xây dựng cơ sở dữ liệu, đặc tả chức năng cụ thể của hệ thống

Phân tích, thiết kế hệ thống

Xây dựng chương trình và thử nghiệm; Nhận xét và đánh giá kết quả

5 Ý nghĩa của đề tài

5.1 Ý nghĩa khoa học

Việc xây dựng hệ thống quản lý thông tin đất đai trên nền WebGIS giúp cho công tác quản lý nhà nước về đất đai được thực hiện trên môi trường công nghệ hiện đại, khoa học thay thế cho phương thức quản lý truyền thống trên giấy Qua hệ thống việc quản lý, cập nhật, chỉnh lý biến động thường xuyên được thực hiện qua mạng máy tính sẽ giúp cho công tác quản lý nhà nước về đất đai thống nhất, đồng bộ từ cấp huyện đến cấp tỉnh Đây là tiền đề quan trọng để hướng đến hoàn thiện hệ thống thông tin về đất đai hiện đại, đáp ứng nhu cầu tra cứu thông tin đất đai cho người dân và các

cơ quan quản lý qua môi trường mạng máy tính

5.2 Ý nghĩa thực tiễn

Đề tài sẽ giúp cơ quan quản lý nhà nước thực hiện các tác nghiệp về lưu trữ, quản lý, cập nhật thông tin đất đai một cách nhanh chóng, chính xác, giảm chi chí, hiệu quả cao Phục vụ người dùng thuận tiện trong việc tìm kiếm, truy vấn một số thông tin đất đai cơ bản

6 Kết quả đạt được

Lý thuyết: Nắm được lý thuyết nền tảng về GIS, các kỹ thuật đưa bản đồ lên

Web, xuất bản đồ dưới dạng hình ảnh bản đồ thông qua các phần mềm hỗ trợ

Thực tiễn: Xây dựng chương trình và thực nghiệm hệ thống quản lý dữ liệu đất

đai huyện Đức Phổ, tỉnh Quảng Ngãi

7 Bố cục của luận văn

Bố cục củ a luâ ̣n văn được tổ chức thành 3 chương:

Chương 1 Nghiên cứu tổng quan

Trong chương này, luận văn tập trung trình bày các nội dung: Khái niệm về GIS; các thành phần của GIS, chức năng của GIS; Khái niệm WebGIS, cấu trúc triển

khai, chiến lược phát triển WebGIS và giới thiệu một số phần mềm thông dụng hiện nay cho xây dựng ứng dụng của GIS

Chương 2 Phân tích thiết kế hệ thống

Đây là một chương quan trọng trong đề tài Trong chương này luận văn mô tả ứng dụng, đề xuất giải pháp và phần quan trọng là phân tích và thiết kế hệ thống như: đặc tả Use Case, thiết kế các mô hình xử lý tổng quát,… để xây dựng hệ thống quản

lý thông tin đất đai

Chương 3 Xây dựng chương trình và thực nghiệm

Trong chương này, luận văn mô tả quy trình hoạt động của WebGIS, quy trình hiển thị bản đồ trong GeoServer lên giao diện WebGIS, các bước triển khai xây dựng

hệ thống, xây dựng cơ sở dữ liệu Sau đó, thiết kế giao diện cho trang Web và chạy thử nghiệm chương trình

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

1.1 HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS)

1.1.1 Khái niệm

Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - gọi tắt là GIS) là một nhánh của công nghệ thông tin được hình thành vào cuối thập niên 50, đầu thập niên 60, nhưng chỉ đến những năm 80 thì GIS mới thực sự có thể phát huy hết khả năng của mình do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ phần cứng Từ những năm

1990 trở lại đây thì công nghệ GIS đã có một sự phát triển nhảy vọt, trở thành một công cụ hữu hiệu trong quản lý và trợ giúp việc ra quyết định

Ngày nay, GIS là công cụ trợ giúp quyết định trong nhiều hoạt động kinh tế -

xã hội, quốc phòng của nhiều quốc gia trên thế giới GIS có khả năng trợ giúp các cơ quan chính phủ, các nhà quản lý, các doanh nghiệp, các cá nhân, đánh giá được hiện trạng của các quá trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua các chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thông tin được gắn với một nền hình học (bản đồ) nhất quán trên cơ sở toạ độ của các dữ liệu đầu vào [3]

Từ năm 1980 đến nay đã có rất nhiều định nghĩa GIS được đưa ra, tuy nhiên không có định nghĩa nào khái quát đầy đủ về GIS vì phần lớn chúng đều được xây dựng trên khía cạnh ứng dụng cụ thể trong từng lĩnh vực:

- Xuất phát từ những lĩnh vực địa lý, địa chất, môi trường, tài nguyên, một số nhà khoa học sử dụng GIS như là những công cụ phục vụ cho công trình nghiên cứu của mình đã định nghĩa GIS:

“Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống có chức năng xử lý các thông tin địa

lý nhằm phục vụ việc quy hoạch, trợ giúp quyết định trong một lĩnh vực chuyên môn nhất định” (Pavlidis, 1982) [17]

“Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống sử dụng cơ sở dữ liệu để trả lời các câu hỏi về bản chất địa lý của các thực thể địa lý” (Goodchild, 1985; Peuquet, 1985) [14]

“GIS là một hộp công cụ mạnh dùng để lưu trữ và truy cập tùy ý, biến đổi và hiển thị dữ liệu không gian từ thế giới thực cho những mục tiêu đặc biệt” (Burrough, 1986) [9]

- Xuất phát từ những chức năng cần có của một hệ thống thông tin địa lý, một

số nhà khoa học đã định nghĩa GIS:

“Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống chứa hàng loạt chức năng phức tạp dựa vào khả năng của máy tính và các toán tử xử lý thông tin không gian” (Tomlinson and Boy, 1981; Dangemond, 1983) [21]

“Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu bằng máy tính

để thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị dữ liệu không gian” (NCGIA=National Center for Geographic Information and Analysis, 1988) [16]

“Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống bao gồm bốn khả năng xử lý dữ liệu địa lý sau: (1) nhập dữ liệu, (2) quản lý dữ liệu (bao gồm lưu trữ và truy xuất), (3) gia công và phân tích dữ liệu, (4) xuất dữ liệu” (Stan Aronoff, 1993) [20]

“Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống tự động thu thập, lưu trữ, truy vấn, phân tích và hiển thị dự liệu không gian” (Clarke, 1995) [11]

- Xuất phát từ quan điểm hệ thống thông tin, một số nhà khoa học đã định nghĩa GIS:

“GIS là một hệ thống thông tin đặc biệt với cơ sở dữ liệu gồm những đối tượng, những hoạt động hay những sự kiện phân bố trong không gian được biểu diễn như những điểm, đường, vùng trong hệ thống máy tính Hệ thống thông tin địa lý xử lý, truy vấn dữ liệu theo điểm, đường, vùng phục vụ cho những hỏi đáp và phân tích đặc biệt” (Dueker, 1979) [12]

“Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống thông tin bao gồm một số phụ hệ (subsystems) có khả năng biến đổi các dữ liệu địa lý thành những thông tin có ích” (Calkins and Tomlinson, 1977; Marble, 1984) [10]

“GIS là một hệ thống thông tin được thiết kế để làm việc với dữ liệu có tham chiếu tọa độ địa lý Nói cách khác, GIS là hệ thống gồm hệ cơ sở dữ liệu với những

dữ liệu có tham chiếu không gian và một tập những thuật toán để làm việc trên dữ

liệu đó” (Star and Estes, 1990) [21]

Như vậy, những định nghĩa trên cho thấy rằng hệ thống thông tin địa lý có những khả năng của một hệ thống máy tính (phần cứng, phần mềm và các thiết bị ngoại vi) dùng để nhập, lưu trữ, truy vấn, xử lý, phân tích và hiển thị hoặc xuất dữ liệu Trong

đó cơ sở dữ liệu của hệ thống là những dữ liệu về các đối tượng, các hiện tượng, các hoạt động, các sự kiện kinh tế, xã hội, nhân văn phân bố theo không gian [5]

Tóm lại, hệ thống thông tin (Geographic Information Systems) là một hệ thống

tự động thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị dữ liệu về các đối tượng, các hiện tượng, các sự kiện của thế giới thực theo không gian và thời gian thực [5]

b Phần mềm

Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và các công cụ cần thiết để lưu giữ, phân tích và hiển thị thông tin địa lý Các thành phần chính trong phần mềm GIS là [7]:

- Công cụ nhập và thao tác trên các thông tin địa lý

- Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS)

- Công cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý

- Giao diện đồ họa người – máy để truy cập các công cụ dễ dàng

Hệ thống phần mềm GIS rất đa dạng Tuỳ theo yêu cầu và khả năng ứng dụng trong công việc cũng như khả năng kinh phí của đơn vị, việc lựa chọn phần mềm của mỗi đơn vị xây dựng GIS sẽ khác nhau

c Dữ liệu

Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS là dữ liệu Các dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể được người sử dụng tự tập hợp hoặc được mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại

Dữ liệu GIS có hai thành phần chính là dữ liệu không gian (spatial data) và dữ liệu thuộc tính (non-spatial data) Trong hệ thống thông tin địa lý, hai thành phần

dữ liệu này được liên kết với nhau

- Dữ liệu không gian là biểu diễn hình học của các đối tượng địa lý liên kết với

vị trí trên thế giới thực Những đối tượng địa lý được tóm lược vào ba cách biểu diễn: điểm, đường và vùng [5] Dữ liệu không gian có hai mô hình lưu trữ: mô hình dữ liệu raster và mô hình dữ liệu vector

Hình 1.2 Cấu trúc dữ liệu Raster và Vector

+ Mô hình dữ liệu Vector: Biểu diễn các đối tượng địa lý trên bề mặt đất bằng những điểm, đường, vùng trong mặt phẳng tọa độ Descartes Đối tượng dạng điểm

được xác định bởi cặp tọa độ (x,y) Đối tượng dạng đường như đường giao thông, sông suối… được biểu diễn dưới dạng tập hợp các toạ độ điểm x1y1,x2y2,…, xnyn hoặc

là một hàm toán học, tính được chiều dài Đối tượng dạng vùng như khu vực buôn bán, nhà cửa, thủy hệ,… được xác định bởi một vòng khép kín của các điểm tọa độ, tính được chu vi và diện tích vùng

Hình 1.3 Mô hình dữ liệu vector

+ Mô hình dữ liệu Raster: Trong cấu trúc dữ liệu Raster, đối tượng được biểu diễn thông qua các ô (cell) hay ô ảnh (pixel) của một lưới các ô Trong máy tính, các

ô lưới này được lưu trữ dưới dạng ma trận trong đó mỗi ô lưới là giao điểm của một hàng và một cột trong ma trận Điểm được xác định bởi một pixel (giá trị nhỏ nhất trong cấu trúc Raster), đường được xác định bởi một chuỗi các ô có cùng thuộc tính

kề nhau có hướng nào đó, còn vùng được xác định bởi một số các pixel cùng thuộc tính phủ lên trên một diện tích nào đó

Hình 1.4 Mô hình dữ liệu Raster

Mối quan hệ logic giữa vị trí của các đối tượng trong cấu trúc dữ liệu được gọi

là Topology Cấu trúc dữ liệu thuộc Topology cung cấp một cách tự động hóa để xử

lý việc số hóa, xử lý lỗi; giảm dung lượng lưu trữ dữ liệu

- Dữ liệu thuộc tính là những thuộc tính mô tả đặc điểm của các đối tượng địa

lý [5] Dữ liệu thuộc tính thể hiện các tính chất, số lượng, chất lượng hay mối quan

hệ của các phần tử bản đồ và các vị trí địa lý Các thông tin này có thể là định tính hay định lượng, được lưu trữ trong máy tính như là tập hợp các con số hay ký tự Thông thường, dữ liệu được tổ chức dưới dạng bảng bao gồm các cột dữ liệu hay còn được gọi là trường dữ liệu và các hàng tương ứng với một bản ghi

Ðây là hợp phần rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt động của hệ thống,

là yếu tố quyết định sự thành công của việc phát triển công nghệ GIS Hệ thống GIS cần được điều hành bởi một bộ phận quản lý, bộ phận này phải được giao nhiệm vụ tổ chức hoạt động hệ thống GIS một cách có hiệu quả nhằm phục vụ người sử dụng thông tin

1.1.3 Chức năng của GIS

GIS có 4 các chức năng cơ bản sau:

- Thu thập dữ liệu: Dữ liệu được sử dụng trong GIS thường đến từ nhiều nguồn khác nhau, có nhiều dạng và được lưu trữ theo nhiều cách khác nhau Các nguồn dữ liệu GIS đang được sử dụng hiện nay được thu thập chủ yếu từ: số hóa từ bản đồ giấy, các số liệu tọa độ thu được từ các máy đo đạc, số liệu thống kê, ảnh vệ tinh, hệ thống định vị toàn cầu (GPS),…

- Quản lý dữ liệu: Sau khi dữ liệu được thu thập và tích hợp, GIS cung cấp chức năng lưu trữ và duy trì dữ liệu Hệ thống quản lý dữ liệu phải đảm bảo các điều kiện

về an toàn dữ liệu, toàn vẹn dữ liệu, lưu trữ, trích xuất và thao tác với dữ liệu

- Phân tích không gian: Đây là chức năng quan trọng của GIS, phân tích không gian cung cấp các phép toán như tạo vùng đệm, chồng lớp, nội suy không gian…

- Hiển thị kết quả: Chức năng hiển thị trong hệ thống thông tin địa lý là biến ngôn ngữ của máy tính thành ngôn ngữ thân thiện với người dùng Với nhiều thao tác trên dữ liệu địa lý, kết quả cuối cùng được hiển thị tốt nhất dưới dạng bản đồ hoặc biểu đồ Bản đồ rất hiệu quả trong lưu trữ và trao đổi thông tin địa lý GIS cung cấp nhiều công cụ mới và thú vị để mở rộng tính nghệ thuật và khoa học của ngành bản

đồ Bản đồ hiển thị cụ thể được kết hợp với các bản báo cáo, hình ảnh ba chiều, ảnh chụp và những dữ liệu khác

1.1.4 Một số ứng dụng của GIS

Công nghệ GIS ngày càng được sử dụng rộng rãi GIS có khả năng sử dụng dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính (phi không gian) từ các nguồn khác nhau khi thực hiện phân tích không gian để trả lời các câu hỏi của người sử dụng Một số ứng dụng cụ thể của GIS thường thấy trong thực tế đó là:

- Quản lý hệ thống giao thông: Tìm đường, dẫn đường, giám sát, điều khiển, phân luồng giao thông, lập kế hoạch lưu thông xe cộ, phân tích vị trí, chọn khu vực xây dựng các tiện ích như bãi đỗ xe, ga tàu xe,… Lập kế hoạch phát triển giao thông

- Quản lý giám sát tài nguyên, thiên nhiên, môi trường: Quản lý gió và thuỷ hệ, các nguồn nhân tạo, vùng ngập úng, đất nông nghiệp, tầng ngập nước, rừng, vùng tự nhiên, phân tích tác động môi trường,… Xác định vị trí chất thải độc hại Mô hình hoá nước ngầm và đường ô nhiễm Phân tích phân bố dân cư, quy hoạch tuyến tính

- Quản lý quy hoạch: Phân vùng quy hoạch sử dụng đất, quy hoạch đô thị, hiện trạng xu thế môi trường, quản lý chất lượng nước

- Quản lý các thiết bị: Xác định đường ống ngầm, cáp ngầm Xác định tải trọng của lưới điện Duy trì quy hoạch các thiết bị, sử dụng đường điện

- Phân tích tổng điều tra dân số, lập bản đồ các dịch vụ y tế, bưu điện và nhiều ứng dụng khác

1.2 GIỚI THIỆU VỀ WEBGIS

1.2.1 Khái niệm

GIS có nhiều định nghĩa nên WebGIS cũng có nhiều định nghĩa Nói chung, các định nghĩa của WebGIS dựa trên những định nghĩa đa dạng của GIS và có thêm các

thành phần của Web Sau đây là một số định nghĩa về WebGIS:

“WebGIS là một hệ thống phức tạp cung cấp truy cập trên mạng với những chức năng như là bắt giữ hình ảnh, lưu trữ, hợp nhất dữ liệu, thao tác dữ liê ̣u, phân tích và hiển thị dữ liệu không gian” (Harder, 1998) [15]

“WebGIS là hệ thống thông tin địa lý được phân bố thông qua hệ thống mạng máy tính phục vụ cho việc thống nhất, phổ biến, giao tiếp với các thông tin địa lý được hiển thị trên World Wide Web” (Edward, 2000, URL) [13]

1.2.2 Kiến trúc WebGIS

Dịch vụ web thông tin địa lý hay còn được gọi là WebGIS được xây dựng để cung cấp các dịch vụ về thông tin địa lý theo công nghệ Web service Chính vì thế nên bất cứ WebGIS nào cũng phải thỏa mãn kiến trúc ba tầng thông dụng của một ứng dụng web Sau đó tùy thuộc vào từng loại công nghệ và các cách thức phát triển,

mở rộng khác nhau mà WebGIS sẽ trở thành n tầng khác nhau Kiến trúc 3 tầng của WebGIS được mô tả bao gồm tầng trình bày, tầng giao dịch và tầng dữ liệu được thể hiện trong hình 1.5 [1]

Hình 1.5 Mô hình 3 lớp trong kiến trúc WebGIS

- Tầng trình bày (Client): Thông thường chỉ là các trình duyệt Internet Explorer, Mozilla Firefox, Chrome, để mở các trang web theo URL được định sẵn Các ứng dụng client có thể là một Website, Applet, Flash,… được viết bằng các công nghệ theo chuẩn của W3C nhằm tăng tính linh động cho Web cũng như tăng tính tương tác với người duyệt web Các trang Web có liên quan đến bản đồ được viết sử dụng OpenLayers Các Client đôi khi cũng là một ứng dụng desktop tương tự như phần mềm MapInfo, ArcMap,…

- Tầng giao dịch (Application Server): Bao gồm Web Server kết hợp với một

ứng dụng bản đồ bên phía server gọi là Map Server

+ Web Server (Tomcat, Apache, Internet Information Server) là một ứng dụng phía server nhiệm vụ chính của nó thường là tiếp nhận các yêu cầu từ client, lấy dữ liệu từ cơ sở dữ liệu theo yêu cầu client, trình bày dữ liệu theo cấu hình định sẵn hoặc theo yêu cầu của client và trả kết quả về client theo yêu cầu Tùy theo yêu cầu của client mà kết quả về khác nhau: có thể là một hình ảnh dạng bitmap (jpeg, gif, png) hay dạng vector được mã hóa như SVG, KML, GML,… Một khi dạng vector được trả về thì việc trình bày hình ảnh bản đồ được đảm nhiệm bởi client, thậm trí client

có thể xử lý một số bài toán về không gian Thông thường các response và request đều theo chuẩn HTTP POST hoặc GET

+ Map Server (ArcGIS Server, MapServer, GeoServer): Thực hiện truy vấn, phân tích không gian, trả kết quả về client

- Tầng dữ liệu (Data Server): là nơi lưu trữ các dữ liệu địa lý bao gồm dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính liên quan Các dữ liệu này được quản trị bởi các hệ quản trị cơ sở dữ liệu như PostgreSQL/PostGIS, Microsoft SQL Server, MySQL, Oracle,… hoặc tập dữ liệu rời rạc như Shapefile, Tab, XML,… Các dữ liệu này được thiết kế, cài đặt và xây dựng theo từng quy trình, từng quy mô bài toán, mà lựa chọn

hệ quản trị cơ sở dữ liệu phù hợp

Các bước xử lý thông tin của WebGIS được mô tả trong hình 1.6 sau đây:

Hình 1.6 Các bước xử lý thông tin của WebGIS [4][24]

- Client gửi yêu cầu của người sử dụng qua giao thức HTTP đến Web Server (a)

- Web Server nhận yêu cầu từ client, xử lý và chuyển tiếp yêu cầu Map Server

có liên quan (b)

- MapServer nhận yêu cầu liên quan đến bản đồ, gọi hàm tính toán, xử lý Nếu

có yêu cầu dữ liệu, nó sẽ gửi yêu cầu dữ liệu đến Data Exchange Server (c)

- Data Exchange Server nhận yêu cầu dữ liệu và tìm kiếm vị trí của những dữ liệu này Sau đó gửi yêu cầu dữ liệu đến Data Server (d)

- Data Server tiến hành lấy ra dữ liệu cần thiết và trả dữ liệu này về cho Data Exchange Server (e)

- Data Exchange Server nhận dữ liệu từ Data Server, sắp xếp dữ liệu theo yêu cầu dữ liệu, sau đó trả dữ liệu về cho Map Server (f)

- Map Server nhận dữ liệu từ Data Exchange Server, đưa chúng đến các hàm xử

lý và kết quả được trả về cho Web Server (g)

- Web Server nhận kết quả từ Map Server và gửi về Client qua giao thức HTTP (h)

1.2.3 Cấu trúc triển khai

Trong mô hình hoạt động của WebGIS được chia làm 2 phần: các hoạt động ở phía máy khách (client side) và các hoạt động xử lý ở phía máy chủ (server side) [2]

- Client side: Client side được dùng để hiển thị kết quả đến cho người dùng, nhận các điều kiển trực tiếp từ người dùng và tương tác với web server thông qua trình duyệt web Các trình duyệt web sử dụng chủ yếu HTML để định dạng trang web Thêm vào đó một vài plug-in, ActiveX và các mã Applet được nhúng vào trình duyệt để tăng tính tương tác với người dùng

- Server side: Gồm có Web server, Application server, Data server và Clearing house,… Server side có nhiệm vụ lưu trữ dữ liệu không gian, xử lý tính toán và trả

về kết quả (dưới dạng hiển thị) cho client side

+ Web Server: Được dùng để phục vụ cho các ứng dụng web, Web server sử dụng nghi thức HTTP để giao tiếp với trình duyệt web ở phía client Tất cả các yêu cầu từ phía client đối với ứng dụng web đều được Web server nhận và thông dịch, sau đó gọi các chức năng của ứng dụng thông qua các giao tiếp mạng như MAPI,

Winsock, Namped Pipe,…

+ Application server: Đây là phần chương trình gọi các hàm xử lý GIS, gửi yêu cầu lấy dữ liệu đến Clearing house

+ Data Server: Là phần cơ bản của hầu hết các hệ thống thông tin với nhiệm vụ quản lý và điều khiển truy cập dữ liệu Ban đầu, đa số GIS sử dụng File System để quản lý dữ liệu không gian và DBMS (Database Management System) để quản lý dữ liệu thuộc tính Ngày nay có nhiều sản phẩm và giải pháp phần mềm thay thế để quản

lý dữ liệu không gian và thuộc tính một cách chung nhất

1.2.4 Chiến lược phát triển

a Chiến lược thuần chu ̉

Các chiến lược này tập trung cung cấp dữ liệu GIS và phân tích trên một máy chủ (Server) Máy chủ này có khả năng truy cập dữ liệu và phần mềm để giải quyết yêu cầu của máy khách Máy khách sẽ chỉ sử dụng rất ít tiến trình, chủ yếu là gửi các yêu cầu và hiển thị kết quả

Hình 1.7 Cấu hình chiến lược Server-side [22]

(1) Client gửi yêu cầu đến Server

(2) Server xử lý yêu cầu và gửi các thông tin đến các script CGI

(3) Kết quả được trả về Server

(4) Kết quả phản hồi yêu cầu được gửi lại cho Client

(5) Trình duyệt phía Client hiển thị thông tin

sẽ được xử lý nhanh hơn thay vì xử lý trên máy khách

Nhược điểm:

- Bất cứ các yêu cầu dù lớn hay nhỏ đều phải được gửi về cho máy chủ xử lý

và các kết quả cũng được gửi trả lại cho máy khách hiển thị thông qua Internet

- Ảnh hưởng đến băng thông khi truyền tải dữ liệu lớn

- Không tận dụng được ưu thế của máy cục bộ

Chiến lược này thường được sử dụng cho các hệ thống lớn trên toàn cầu

b Chiến lược thuần kha ́ ch

Chiến lược này chuyển đổi các yêu cầu sang được xử lý tại máy khách Máy khách phải có khả năng đủ mạnh để xử lý các yêu cầu này Thay vì phải bắt máy chủ

xử lý tất cả thì một số chức năng GIS sẽ được tải về máy khách, lưu trữ ở đó và dữ liệu được xử lý tại máy khách

Hình 1.8 Cấu hình chiến lược Client side [22]

Ưu điểm:

- Sử dụng được ưu thế của máy khách

- Người dùng có thể điều khiển được các điều khiển xử lý dữ liệu

- Người dùng có thể làm việc mà không cần phải gửi và nhận các yêu cầu qua Internet

Nhược điểm:

- Việc tải các chức năng từ máy chủ như các Applets có thể bị trì hoãn, kéo dài

- Các dữ liệu lớn và phức tạp sẽ khó được xử lý trên máy khách nếu máy khách không đủ mạnh

- Các thủ tục GIS phức tạp sẽ khó thực hiện trên máy khách nếu máy khách không đủ mạnh

- Người dùng sẽ không được huấn luyện (đào tạo) nếu muốn dùng dữ liệu hoặc các chức năng phân tích

Chiến lược này thường được sử dụng cho các hệ thống nhỏ trong phạm vi cục bộ

c Chiến lươ ̣c kết hợp chủ khách (Server and client processes)

Nếu dùng chiến lược thuần chủ hoặc thuần khách thì sẽ gặp các giới hạn:

- Nếu các chiến lược thuần chủ đòi hỏi phải chuyển tải thường xuyên, thì các tác vụ của nó sẽ dễ làm tổn thương đến băng thông và đường truyền Internet

- Các chiến lược thuần khách thì lại có thể chiếm hết tài nguyên của máy khách Một số tác vụ sẽ thực hiện rất chậm do sự không phù hợp giữa các yêu cầu của các tiến trình và khả năng của máy

Hình 1.9 Client side và Server side [22]

Hai chiến lược thuần chủ và thuần khách có thể kết hợp với nhau để cho ra các kết quả lai phù hợp với khả năng của server và client

- Các tác vụ đòi hỏi sử dụng database hoặc phân tích phức tạp sẽ được gán trên máy chủ

- Các tác vụ nhỏ sẽ được gán ở máy khách

Trong trường hợp này, cả máy chủ và máy khách cùng chia sẻ thông tin với nhau về sức mạnh và khả năng của chúng, do đó dữ liệu và applets có thể được gán sao cho tối ưu nhất

1.3 CÁC CÔNG CỤ HỖ TRỢ

1.3.1 GeoServer

GeoServer là phần mềm dịch vụ mã nguồn mở với mục đích kết nối những thông tin địa lý có sẵn tới các trang Web địa lý sử dụng chuẩn mở Được bắt đầu bởi một tổ chức phi lợi nhuận có tên The Open Planning Project (TOPP), nhằm mục đích

hỗ trợ việc xử lý thông tin không gian địa lý với chất lượng cao, đơn giản trong sử dụng, là phần mềm mã nguồn mở nhằm cung cấp và chia sẻ dữ liệu Được kỳ vọng

sẽ trở thành một phương thức đơn giản để kết nối những nguồn thông tin có sẵn từ Google Earth, NASA World Wind nhằm tạo ra các dịch vụ Webmap như Google Maps, Windows Live Local và Yahoo Maps [1]

GeoServer được viết bằng ngôn ngữ Java, cho phép người sử dụng chia sẻ và chỉnh sửa dữ liệu không gian địa lý (geospatial data)

Là một dự án mang tính cộng đồng, GeoServer được phát triển, kiểm thử và hỗ trợ bởi nhiều nhóm đối tượng và tổ chức khác nhau trên toàn thế giới GeoServer là thành phần nền tảng của Geospatial Web

GeoServer là sự phối hợp các chuẩn hoạt động của Open Geospatial Consortium (OGC) Chuẩn dữ liệu không gian OGC là một tổ chức phi lợi nhuận, dẫn đầu trên thế giới về phát triển các chuẩn dữ liệu địa lý và các dịch vụ, Tổ chức OGC đã đưa

ra ba chuẩn dịch vụ truy cập thông tin địa lý mang tính chuẩn hóa cao là: Web Map Service (WMS), Web Feature Service (WFS) và Web Coverage Service (WCS) Ngoài ra còn có các chuẩn khác như GeoParser và GeoCoder Trong đó, hai chuẩn WMS và WFS là hai chuẩn cơ bản được sử dụng rất nhiều nhằm cung cấp các dịch

vụ biểu diễn các thông tin địa lý ra ảnh bản đồ và truy vấn các dữ liệu địa lý đó [6]

- Web Map Service (WMS): WMS là một trong các chuẩn phổ biến nhất của OGC WMS tạo ra các bản đồ dưới dạng ảnh Các bản đồ này tự bản thân chúng không chứa dữ liệu Một WMS cơ bản cho phép Client kết nối và lấy bản đồ thông qua các phương thức:

+ GetMap: Trả về các lớp bản đồ dựa vào các tham số được cung cấp bởi Client Các tham số có thể được nhúng vào trong một URL (Uniform Resource Locator) của

dịch vụ

+ GetFeatureInfo: Trả về thông tin liên quan đến một đối tượng được hiển thị trên bản đồ tại vị trí X, Y Phương thức này cho phép Client có thể truy vấn để có thêm thông tin về một đối tượng

+ GetCapabilties: Trả về tài liệu XML mô tả chức năng của WMS

Ngoài ra, WMS còn cung cấp cho Client kiểm soát các kiểu hiển thị bản đồ thông qua Styled Layer Desrciptor (SLD)

- Web Feature Service (WFS): WFS cung cấp các đối tượng dữ liệu dưới dạng định dạng thống nhất GML (Geography Markup Languge) Dữ liệu mà Client nhận được là một đặc tả về dữ liệu không gian và thông tin thuộc tính kèm theo Một WFS

cơ bản cho phép Client kết nối và lấy dữ liệu về theo các phương thức:

+ GetCapabilities: Trả về tài liệu XML mô tả chức năng của WFS

+ DescribeFeatureType: Trả về một lược đồ XML định nghĩa các lớp đối tượng + GetFeature: Trả về một tập các đối tượng dữ liệu thoả mãn các ràng buộc được mô tả trong yêu cầu

Ngoài ra, WFS còn cho phép Client thực hiện các giao tác tạo, xóa, sửa các đối tượng

- Web Coverage Service (WCS): WCS cung cấp dữ liệu dưới dạng Coverage Coverage là loại dữ liệu biểu diễn các hiện tượng thay đổi theo không gian WCS cung cấp các phương thức để Client truy cập và lấy dữ liệu về:

+ GetCapabilities: Trả về một tài liệu XML (Extensible Markup Languge) mô

2008, MySQL,… hoặc các tập tin dữ liệu không gian như Shapfile, GeoTiff,… GeoServer sử dụng tập tin có đuôi mở rộng là SLD (Styled Layer Desrciptor)

để tạo kiểu thể hiện bản đồ (style) theo chuẩn WMS, tập tin SLD được cấu trúc theo định dạng XML (Extensible Markup Language)

GeoServer có thể hiển thị dữ liệu trên các ứng dụng bản đồ phổ biến như Google Maps, Google Earth, Yahoo Maps, and Microsoft Virtual Earth

concurrency control)

Hệ quản trị cơ sở dữ liệu PostgreSQL có đầy đủ tính năng của một cơ sở dữ liệu quan hệ như sử dụng các câu truy vấn SQL, các bảng quan hệ, các khóa,… và đặc biệt ở đây là tốc độ truy cập của PostgreSQL là rất cao và cho phép nhiều người truy cập cùng một lúc, nó thích ứng xây dựng những ứng dụng trên mạng Internet

Ưu điểm của PostgreSQL:

- Tuân thủ các chuẩn của SQL

- Hoạt động được trên nhiều hệ điều hành khác nhau như Window, Linux, Unix…

- Hỗ trợ các ngôn ngữ như C/C++, Java, Net, Perl, Python, Ruby, Tcl, ODBC

- Lưu trữ các đối tượng có dữ liệu lớn như hình ảnh, âm thanh, video

- Có sự thống nhất giữa những người phát triển (tái dụng những kỹ năng và các thư viện đã có)

- Có hầu hết các truy vấn SQL với các kiểu dữ liệu như: Integer, Numeric, Boolean, Char, Varchar, Date, Interval và Timestamp

- Tạo chỉ mục giúp quá trình truy vấn đạt hiệu quả cao hơn

- Hỗ trợ các chức năng tìm kiếm tổng quát hóa có thể “gắn” các chỉ mục vào giúp quá trình tìm kiếm được thực hiện trên phạm vi rộng hơn như: compound, unique, partial, and functional indexes

- Có thể tạo mới kiểu dữ liệu, các hàm, các thủ tục (procedure),…

- Hỗ trợ đa người dùng: dữ liệu không gian có xu hướng là các dữ liệu tham chiếu, tức là được chia sẻ bởi nhiều người dùng Lưu trữ dữ liệu trong hệ quản trị cơ

sở dữ liệu sẽ cung cấp những lợi ích như:

+ Truy cập từ xa thông qua các chuẩn giao tiếp JDBC, ODBC, PERL/DBI, + Làm tăng tính bảo mật cho dữ liệu như một số người dùng có toàn quyền Tuy nhiên, một số người dùng chỉ có thể đọc hay không được nhìn thấy

b PostGIS

PostGIS được Refraction Research Inc phát triển, như một dự án nghiên cứu công nghệ CSDL không gian PostGIS hỗ trợ đối tượng địa lý cho CSDL đối tượng

quan hệ PostgreSQL, tích hợp tool import dữ liệu không gian trực tiếp từ Shapefile PostGIS “kích hoạt khả năng không gian” cho PostgreSQL, cho phép PostgreSQL sử dụng như một CSDL không gian phụ trợ cho các hệ thống thông tin địa lý (GIS), truy vấn, thống kê hoặc xử lý dữ liệu không gian

PostGIS có sẵn cho PostgreSQL tăng các tính năng dữ liệu hình học có sẵn với việc thêm các kiểu không gian, các hàm, các thao tác và các chỉ mục Nó là vị trí nhận biết và hỗ trợ cả dữ liệu raster và vector Nó cũng cung cấp khả năng tương tác với một loạt mã nguồn mở của bên thứ 3 và các công cụ không gian địa lý độc quyền để làm việc, lập bản đồ và vẽ các dữ liệu

PostGIS được sử dụng như một hệ CSDL không gian nên nó bao gồm tất cả các đặc điểm của CSDL không gian

Hình 1.11 Vị trí của postGIS trong PostgresSQL

Ưu điểm của PostGIS [6]:

- PostGIS - một CSDL không gian có những ưu điểm để xử lý các thông tin về hình dạng không gian như trả lời các truy vấn về những đối tượng ở gần một vị trí nào đó, những đối tượng nằm trong phạm vi hoặc ở vùng phụ cận của một đối tượng khác, phạm vi của một vùng nơi mà có một hoạt động nào đó đang xảy ra là gì, những

đối tượng nào nằm bên trong một đối tượng khác

- PostGIS có khả năng lưu trữ và thao tác với dữ liệu rất tốt Nó cung cấp những khả năng xử lý thông tin địa lý bên trong một môi trường cơ sở dữ liệu Những hàm SQL bao gồm buffer, intersection, within, distance,… Những hàm này lấy dữ liệu hình học từ các cột trong bảng PostGIS và trả về những hình học mới hoặc những thông tin khác Ví dụ như hàm distance sẽ tính toán khoảng cách giữa các đặc điểm (feature) không gian, và hàm sẽ trả về một hình mới là một đa giác được làm vùng đệm tại một khoảng cách nào đó từ feature nguồn

- PostGIS cho phép dễ dàng khi kết nối dữ liệu không gian với dữ liệu phi không gian trong một môi trường dữ liệu không gian và cung cấp đầy đủ sức mạnh của ngôn ngữ truy vấn cấu trúc (SQL) để thực hiện những phân tích khác chẳng hạn như tính chi phí trung bình cho một vùng địa lý,

- PostGIS còn hỗ trợ thêm GIST-based and R-Tree spatial indexes, đây là điểm riêng biệt nhất của PostGIS so với các hệ quản trị CSDL khác giúp PostGIS dễ dàng quản lý, lưu trữ, khai thác và tìm kiếm thông tin không gian

- PostGIS hỗ trợ các đối tượng và các hàm được định nghĩa chi tiết trong OGC

"Simple Features for SQL" Với PostGIS ta có thể lưu trữ các điểm, đường, vùng, tập hợp điểm, tập hợp đường, tập hợp vùng và các thông tin hình học khác PostGIS mở rộng chuẩn với sự hỗ trợ cho các tọa độ dạng 3DZ, 3DM và 4D

PostGIS được hiện thực tuân theo đặc tả “OGC Simple Feature Specifications” cho chuẩn SQL Bản đặc tả này định nghĩa những thuật toán và lược đồ SQL để thêm (Insert), truy vấn (Query), thao tác (Manipulate) và xóa (Delete) những đối tượng không gian Những tọa độ của các đối tượng không gian được lưu trữ trong các bảng Mỗi một bảng có thể chứa một kiểu đối tượng hình học (Geometry) là điểm (Point, multipoint), đường (Linestring, multilinestring), đa giác (Polygon, multipolygon và geometry collection) Những tọa độ của mỗi đối tượng được lưu trữ trong một trường với một kiểu riêng biệt

1.3.3 OpenLayers

- OpenLayers giúp cho việc đặt một bản đồ động bất kỳ vào một trang web thật là

dễ dàng Nó có thể hiển thị các ô bản đồ và đánh dấu tải từ bất kỳ nguồn nào OpenLayers được phát triển cho việc sử dụng các thông tin địa lý của các loại dữ liệu [1]

- OpenLayers thuần là một thư viện JavaScript để hiển thị dữ liệu bản đồ trong các trình duyệt web mà không phụ thuộc phía máy chủ OpenLayers thực hiện một JavaScript API để xây dựng nhiều ứng dụng dựa trên web địa lý, tương tự như bản

đồ Google và MSN Virtual Earth API, với sự khác biệt quan trọng nhất

Có hai khái niệm quan trọng cần được hiểu rõ khi làm việc với OpenLayers để xây dựng bản đồ là ‘Map’ và ‘Layer’ ‘Map’ là nơi để lưu giữ các thông tin về hệ quy chiếu, đơn vị, vùng bao (box),… của bản đồ Bên trong bản đồ, dữ liệu được hiển thị thông qua các ‘Layer’ Một ‘Layer’ là một nguồn dữ liệu, nó cho biết OpenLayers nên yêu cầu và hiển thị dữ liệu như thế nào Trong một ‘Map’ có thể chứa một hoặc nhiều

‘Layer’ chồng lên nhau Dữ liệu trong một ‘Layer’ có thể là dạng raster hoặc Vector Ngoài ra, việc cung cấp một tập các điều khiển sẽ cho phép người phát triển có thể thao tác trên bản đồ một cách linh hoạt Các điều khiển là các lớp trong OpenLayers, chúng cho phép định nghĩa các trạng thái, hành vi của bản đồ Hoặc hiển thị các thông tin bổ sung cho người dùng Các điều khiển chính là giao diện cho phép tương tác với bản đồ

OpenLayers cung cấp các lớp cho phép định dạng kiểu dáng các đối tượng không gian Việc định dạng kiểu dáng này có thể áp dụng cho từng đối tượng hoặc toàn bộ các đối tượng Vector trên một lớp Các thuộc tính về kiểu dáng của đối tượng Vector được định nghĩa thông qua đối tượng ‘Style’ Việc định dạng kiểu dáng này chỉ áp dụng được cho các đối tượng thuộc các lớp Vector

1.3.4 QGIS

QGIS (tên gọi trước đây là Quantum GIS) là một phần mềm GIS mã nguồn mở được bắt đầu xây dựng từ năm 2002 và được phát triển nhanh chóng với một cộng đồng phát triển lớn trên cơ sở tự nguyện Đây là phần mềm tương đối mạnh và dễ sử dụng, chạy được trên các hệ điều hành: Windows, Mac OS X, Linux, BSD và Android và bao gồm các ứng dụng cho:

- QGIS Desktop: Tạo lập, chỉnh sửa, hiển thị, phân tích và xuất bản thông tin địa

- QGIS Web Client: Cho phép dễ dàng xuất bản QGIS project lên Web với thư viện các kí hiệu, nhãn phong phú cũng các cách kết hợp các đối tượng để tạo bản đồ Web ấn tượng

- QGIS on Android (beta!): Phiên bản thử nghiệm đang được hoàn thiện để sử dụng QGIS trên các thiết bị chạy Android

Các chức năng cơ bản trong QGIS:

- QGIS hỗ trợ hầu hết các chức năng cơ bản của một phần mềm GIS gồm: Quản

lý dữ liệu, đọc được nhiều định dạng dữ liệu, biên tập và xuất bản bản đồ, xuất - nhập

dữ liệu và các chức năng phân tích không gian,…

- QGIS hỗ trợ xử lý dữ liệu vector: Dữ liệu không gian dựa trên PostGIS mà chủ yếu là PostgreSQL QGIS có khả năng đọc được hầu hết dữ liệu vector được cung cấp bởi thư viện OGR, bao gồm ESRI shapefiles, MapInfo, SDTS and GML,…

- QGIS có khả năng đọc được dữ liệu raster được cung cấp bởi thư viện GDAL, bao gồm DEM, ArcGrid, ERDAS, SDTS và GeoTIFF,…

- QGIS cung cấp định dạng dữ liệu trên cả ảnh vector và raster Dữ liệu không gian trực tuyến được hỗ trợ trong thư viện OGC-dựa trên WMS hoặc WFS QGIS trình bày và chồng xếp các dữ liệu ảnh raster và vector mà không cần quan tâm các định dạng dữ liệu

- Tạo bản đồ và thao tác dữ liệu không gian dựa trên giao diện thân thiện

- GUI có sẵn nhiều tool hỗ trợ

- Tạo, chỉnh sửa và xuất dữ liệu cho người dùng: digitizing tools for GRASS and shapefile formats, the georeferencer plugin, GPS tools to import and export GPX format, convert other GPS formats to GPX, or down/upload directly to a GPS unit

- Xuất bản đồ dựa trên UMN Map Server,

1.3.5 Apache Tomcat

Apache Tomcat (gọi tắt là Tomcat) là một trong những server web HTTP mã nguồn mở được sử dụng nhiều trong phát triển ứng dụng java website Tomcat được phát triển bởi Apache Software Foundation (ASF) Tomcat phát triển dựa trên các đặc điểm Java EE bao gồm Java Servlet, JavaServer Pages (JSP), Java EL, and WebSocket,

và cung cấp môi trường HTTP web server để chạy code Java

Đặc điểm nổi bật của Tomcat:

- Là một web application HTTP server chạy trên giao thức TCP/IP Theo nghĩa khác nó chạy trên một IP và một cổng xác định trước Mặc định là cổng 80 cho website sản phẩm, còn cho phát triển là 8080, hoặc cổng tuỳ bạn chọn

- Cluster: Hỗ trợ chạy nhiều servers cùng một lúc được sử dụng cơ chế balancing Nó giúp server của bạn nâng cao khả năng chống lỗi và luôn hoạt động khi

load-số lượng request tăng

- Servlet container - Catalina: giúp chạy java code

- Hỗ trợ giao diện quản lý

- Hỗ trợ thiết lập Virtual Host, trỏ nhiều tên miền đến các web app khác nhau chạy trên cùng một Tomcat server

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG

Trong chương này, luận văn tập trung trình bày các nội dung: Khái niệm về GIS, các thành phần của GIS, chức năng và một số ứng dụng của GIS; Tổng quan WebGIS, cấu trúc hệ thống, kiến trúc WebGIS, chiến lược phát triển WebGIS Cuối chương là giới thiệu một số phần mềm mã nguồn mở thông dụng hiện nay cho xây dựng ứng dụng của GIS

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG

2.1 MÔ TẢ ỨNG DỤNG

2.1.1 Mục đích của ứng dụng

Ứng dụng công nghệ WebGIS trong xây dựng hệ thống quản lý thông tin đất đai huyện Đức Phổ, Quảng Ngãi nhằm mục đích quản lý dữ liệu và xây dựng hệ thống bản đồ về tài nguyên đất để hỗ trợ công tác quản lý đất đai của Phòng Tài nguyên và Môi trường và phục vụ nhu cầu tra cứu thông tin đất đai của người dân

2.1.3 Yêu cầu của từng đối tượng

- Đối với cơ quan quản lý nhà nước: Quan tâm đến số liệu mang tính tổng thể

- Đối với người dân và những người quan tâm khác: Thông tin chi tiết về thửa đất gồm số thửa, số tờ bản đồ, diện tích, mục đích sử dụng là gì, ai là chủ sở hữu

2.1.4 Yêu cầu chức năng

Xây dựng hệ thống thông tin địa lý về quản lý thông tin đất đai huyện Đức Phổ, Quảng Ngãi trên nền WebGIS cần đáp ứng các yêu cầu sau:

Chức năng Quản trị hệ thống

- Quản trị người dùng: Thêm, sửa, xóa, đặt lại mật khẩu người dùng

- Phân quyền hệ thống: Phân quyền truy cập các trang của hệ thống cho các nhóm quyền

Chức năng hiển thị

- Hiển thị tất cả các lớp bản đồ hoặc theo tùy chọn

- Hiển thị được hình dạng không gian và thuộc tính của từng thửa đất

- Thay đổi tỉ lệ hiển thị bản đồ (phóng to, thu nhỏ)

- Di chuyển khu vực hiển thị

- Hiển thị thông tin thuộc tính thửa đất khi click vào thửa đất đó

Chức năng tương tác

- Thực hiện việc tìm kiếm thông tin thửa đất phù hợp với yêu cầu

- Thêm, xóa thửa đất, sửa vùng đất và sửa thông tin thửa đất ngay trên hệ thống

- Chỉnh sửa đối tượng sẵn có thông tin về màu sắc thông qua chuẩn bản đồ

2.2 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP

Dựa vào mục tiêu của luận văn, chúng tôi đề xuất giải pháp sử dụng là hệ GIS thương mại, trên cơ sở các công cụ có sẵn sau đó phát triển bổ sung mô đun chương trình để xây dựng hệ thống quản lý thông tin đất tại huyện Đức Phổ, Quảng Ngãi

Mô hình của ứng dụng GIS trong xây dựng hệ thống quản lý thông tin đất tại huyện Đức Phổ, Quảng Ngãi là một quá trình “vào – ra” Phương pháp của việc biểu thị dạng “vào – ra” là khởi điểm của việc xây dựng nguyên tắc hoạt động cho hệ thống

+ Dữ liệu thu thập được từ phẫu diện đất, hiện trạng sử dụng đất, đơn vị đất đai + Dữ liệu bản đồ:

• Bản đồ nền được lấy từ OpenStreetMap (OSM)

• Bản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Đức Phổ

+ Tài liệu liên quan:

• Thông tư số 23/2014/TT-BTNMT ngày 19/05/2014 của Bộ Tài nguyên và Môi trường Quy định về giấy chứng nhận quyền sử dụng đất, quyền sở hữu nhà ở và tài sản khác gắn liền với đất

• Thông tư số 25/2014/TT-BTNMT ngày 19/05/2014 của Bộ Tài nguyên và Môi trường Quy định về bản đồ địa chính

• Thông tư số 28/2014/TT-BTNMT ngày 02/06/2014 của Bộ Tài nguyên và Môi trường Quy định về thống kê, kiểm kê đất đai và lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất

- Quản lý dữ liệu: CSDL đất đai gồm 2 thành phần:

+ Dữ liệu không gian: là dữ liệu về bản đồ thể hiện tính không gian địa lý của các thửa đất theo một hệ tọa độ xác định

+ Dữ liệu phi không gian: là dữ liệu thuộc tính gắn liền với từng thửa đất

Để đáp ứng được nhu cầu quản lý dữ liệu thuộc tính và dữ liệu phi không gian, phù hợp với việc quản lý các dữ liệu bản đồ, đề tài đã chọn ứng dụng PostgreSQL/PostGIS làm DataServer để quản trị cơ sở dữ liệu cho hệ thống Việc cập nhật, thay đổi, chỉnh sửa biến động dữ liệu sẽ do người biên tập (Editor) hay người quản trị hệ thống (Admin) thực hiện

- Xử lý dữ liệu:

+ Đối với thông tin thuộc tính: Sau khi thu thập dữ liệu, chúng tôi tiến hành phân tích, sau đó thiết kế các bảng để nhập dữ liệu thu thập được và đảm bảo sự liên thông giữa dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính

+ Đối với bản đồ: Từ bản đồ nền tại khu vực sau khi khảo sát thực tế chúng tôi

sẽ hiệu chỉnh lại cho phù hợp với thời điểm khảo sát Đối với các bản đồ chuyên đề: Bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ đơn vị đất đai chúng tôi tạo mới bản đồ trên kết quả điều tra

- Phân tích và mô hình: Số liệu tổng hợp và chuyển đổi chỉ là một phần của GIS

Hệ thống còn phải thực hiện được các yêu cầu sau:

+ Hiển thị được hình dạng không gian và thuộc tính của từng thửa đất

+ Cập nhật thông tin thửa đất; thêm, xóa thửa đất và sửa vùng đất để kịp thời chỉnh lý biến động đất đai

- Dữ liệu ra: Các bảng dữ liệu, bản đồ, vị trí thửa đất trên bản đồ và thông tin thuộc tính thửa đất đó

2.3 PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG

2.3.1 Phân loại người sử dụng

- User (Người sử dụng gồm các cơ quan nhà nước, nhân dân và các đối tượng quan tâm dữ liệu tài nguyên đất tại khu vực huyện Đức Phổ): Tương tác với bản đồ

và yêu cầu hệ thống cung cấp thông tin thuộc tính thửa đất như số thửa, số tờ bản đồ, diện tích, mục đích sử dụng, người sử dụng

- Editor: Cập nhật lại thông tin thửa đất khi có sự biến động như chuyển quyền

sử dụng đất, chuyển mục đích sử dụng,…

- Admin: Người quản trị có toàn quyền sử dụng và cập nhật thông tin, chỉnh lý biến động như: thêm, xóa thửa đất và sửa vùng đất tại khu vực khi có sự thay đổi; phát triển hệ thống

2.3.2 Phân tích hệ thống

Xuất phát từ mục đích và yêu cầu đặt ra là hệ thống quản lý thông tin đất đai huyện Đức Phổ, Quảng Ngãi, sau khi tiến hành khảo sát sơ bộ và khảo sát chi tiết hệ thống thực, chúng tôi rút ra được các yêu cầu cụ thể của ứng dụng phải đảm bảo thực hiện được các chức năng sau:

- Đăng nhập: Cho phép người dùng đăng nhập vào hệ thống

- Phóng to, thu nhỏ bản đồ: Cho phép người dùng phóng to hay thu nhỏ bản đồ được hiển thị

- Di chuyển bản đồ: Cho phép người dùng di chuyển bản đồ để xem các vùng không gian khác trên bản đồ

- Bật, tắt các lớp có sẵn: Cho phép người dùng bật/tắt lớp địa phận và thửa đất trên bản đồ

- Hiển thị thông tin thuộc tính thửa đất: Cho phép người dùng xem thông tin