NGHIÊN CỨU CÁC CHUẨN OGC (OPEN GEOSPATIAL CONSORTIUM) TRONG HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ VÀ ỨNG DỤNG

Tính cấp thiết Hệ thống thông tin địa lý-GIS ra đời đánh dấu một bước phát triển trong ngành công nghệ quản lý không gian lãnh thổ trên cơ sở tích hợp các thông tin bản đồ và thông tin

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết

Hệ thống thông tin địa lý-GIS ra đời đánh dấu một bước phát triển trong ngành công nghệ quản lý không gian lãnh thổ trên cơ sở tích hợp các thông tin bản đồ và thông tin thuộc tính của các đối tượng và ngày càng được sử dụng trong nhiều ngành nghề khác nhau như quản lý đất đai, xây dựng bản đồ sử dụng đất, quản lý hành chính…Vì thế, những ưu điểm của công nghệ GIS đang được quan tâm chú ý phát triển

Mặt khác, như chúng ta đã biết, vai trò của Internet ngày nay càng được khẳng định và không thể thiếu trong việc quảng bá thông tin của một quốc gia hay một lãnh thổ.Với Web, ta có thể chia sẻ thông tin với mọi người, mọi nơi, mọi lúc Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của hệ thống mạng toàn cầu-Internet, các chuyên gia bắt đầu quan tâm đến sự kết hợp công nghệ GIS và công nghệ Web, hay còn gọi là WebGIS nhằm phát huy những thế mạnh của côngnghệ GIS thông qua nền tảng Web Nói cách khác, nhờ vào WebGIS mà ta có thể sử dụng những tính năng của một hệ GIS thực thụ và có thể thực hiện việc chia sẻ thông tin một cách tiện lợi và dễ dàng

Và không chỉ dừng lại ở đó, bắt nhịp cùng xu hướng toàn cầu hóa, xu hướng sử dụng mã nguồn mở được đưa ra trong ngành công nghệ thông tin và nhanh chóng được sự hưởng ứng và đóng góp của các nước trên thế giới Tổ chức OGC (OpenGeospatial Consortium) với mục tiêu xây dựng các chuẩn thực thi chung cho lĩnh vực dữ liệu không gian càng đưa GIS gần đến với mọi người hơn Và như chúng

ta đã biết, WebGIS kết hợp với các chuẩn mở OGC là con đường giới

thiệu những sản phẩm về GIS và dữ liệu địa lý nhanh nhất đến cộng đồng mạng toàn thế giới Chính vì lý do đó em lựa chọn đề tài

“NGHIÊN CỨU CÁC CHUẨN OGC (OPEN GEOSPATIAL CONSORTIUM) TRONG HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ VÀ ỨNG DỤNG” nhằm nghiên cứu các chuẩn mở OGC và dựa trên các chuẩn

đó xây dựng ứng dụng thử nghiệm với OGC cho bài toán hiển thị Phân bổ sinh viên của một trường học trên bản đồ

2 Mục tiêu đề tài

Đề tài nhằm mục tiêu tìm hiểu và thực hiện cách thức chia

sẻ thông tin bằng OGC

Mục tiêu cụ thể :

- Tìm hiểu chuẩn OGC

- Tìm hiểu cách thức xây dựng một dịch vụ dữ liệu theo chuẩn OGC trên một bộ dữ liệu sẵn có và thực hiện một ví dụ cụ thể

Từ các mục tiêu đã đề ra, đề tài đưa ra các câu hỏi nghiên cứu nhằm có được sự định hướng đúng cho việc thực hiện đề tài

- OGC là gì ?

- Những chuẩn của OGC gồm những gì ?

- Muốn đưa lớp dữ liệu trên trang web theo chuẩn OGC ta phải làm sao ?

3 Giới hạn đề tài

* Giới hạn về thời gian:

Đề tài được giới hạn thực hiện trong khoảng thời gian từ 1/6/2014 đến 20/11/2014

- Map Server: Geoserver

- Thư viện hỗ trợ: OpenLayers, GeoExt

- Dữ liệu: Bản đồ Hà Nội, Shapefile

* Giới hạn về nội dung:

Chỉ nghiên cứu cách thức thức xây dựng một dịch vụ dữ liệu theo chuẩn OGC trên một bộ dữ liệu sẵn có và nghiên cứu một số chuẩn cơ bản như WMS, SLD …

4 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Đề tài góp phần vào việc phát triển và mở rộng công nghệ Web hiện nay theo hướng WebGIS mã nguồn mở, tích hợp thông tin không gian và thông tin thuộc tính thành một hệ thống thông tin hoàn chỉnh trên nền Web

Đề tài là nền tảng trong việc nghiên cứu và ứng dụng WebGIS mã nguồn mở phục vụ lĩnh vực kinh tế - xã hội khác nói chung

5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Ứng dụng mã nguồn mở Geoserver xây dựng trang WebGIS

mã nguồn mở hỗ trợ cho việc cung cấp các thông tin về sinh viên trong nhà trường, từ đó giúp lãnh đạo nhà trường có thể so sánh được những thuận lợi và khó khăn trong việc tuyển sinh của nhà trường mà

có các chiến lược đối với từng địa điểm

CHƯƠNG 1-KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG

TIN ĐỊA LÝ 1.1 Khái niệm hệ thống thông tin địa lý-Geographic Information System (GIS)

GIS là một hệ thống kết hợp giữa con người và hệ thống máy tính cùng các thiết bị ngoại vi để lưu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị các thông tin địa lý để phục vụ một mục đích nghiên cứu, quản lý nhất định

- Nhập dữ liệu

- Lưu trữ và quản lý dữ liệu

1.2.2 Chức năng của hệ GIS

Các chức năng chínhcủa một hệ GIS được miêu tả thông qua

sơ đồ sau:

Hình 1.9: Các chức năng chính của hệ GIS

1.3 Các mô hình dữ liệu GIS

1.3.1 Khái niệm về dữ liệu địa lý:

Dữ liệu địa lý nhằm phản ảnh thế giới thực

1.3.1.1 Dữ liệu thuộc tính

Thể hiện tính chất của đối tượng tìm ra cái gì tồn tại ở vị trí

cụ thể

1.3.1.2 Dữ liệu không gian

Được thể hiện trên bản đồ và GIS dưới dạng điểm (point), đường (line) hoặc vùng (polygon)

1.3.1.3 Thời gian

Tìm ra sự khác biệt theo thời gian trong vùng

1.3.2 Các mô hình dữ liệu GIS

1.3.2.1 Biểu diễn dữ liệu trong GIS

1.3.2.2 Mô hình dữ liệu không gian

(a) (b)

Hình 1.14: Thế giới thực trên hai mô hình raster

(a) và vector (b) (Theo Aronnof, 1989)

1.3.2.2.1 Mô hình dữ liệu Raster

Khái niệm ảnh Raster: Một file ảnh chụp về một đối tượng không gian qua máy ảnh photo hoặc một ảnh số chụp từ máy chụp số (digital camera) hoặc ảnh số thu nhận từ các đầu ghi phổ trên các vệ tinh là các ảnh có cấu trúc raster

Hình 1.15: Ma trận không gian của một file ảnh raster có cấu trúc

pixel

Cấu trúc dữ liệu dạng raster có dạng như sau:

Hình 1.17: Cấu trúc dữ liệu Raster

1.3.2.2.2 Mô hình dữ liệu Vector

a Giới thiệu mô hình dữ liệu Vector

Mô hình dữ liệu vector coi hiện tượng là tập các thực thể không gian cơ sở và tổ hợp giữa chúng

Hình 1.19 Biểu diễn bản đồ vector [1]

b Cấu trúc trong dữ liệu Vector

* Cấu trúc Spaghetti:

* Cấu trúc Topology

Cấu trúc Topology còn gọi là cấu trúc cung-nút (arc-node) Cấu trúc Topology được xây dựng trên mô hình dữ liệu cung-nút với cung là phần tử cơ sở

Hình 1.20 Dữ liệu topology vector

1.4 Tích hợp GIS và Web

1.4.1 Tìm hiểu về WebGIS

Công nghệ WebGIS ra đời đã góp phần khắc phục những trở ngại trên WebGIS ra đời trên cơ sở chia sẻ thông tin qua hệ thống mạng Internet Việc tích hợp công nghệ GIS và Internet đã tạo ra cơ hội để mọi người đều có thể sử dụng dữ liệu và các chức năng của GIS mà không cần phải cài đặt bất cứ phần mềm GIS chuyên dụng nào

Vậy WebGIS là gì?

WebGIS được xem như là một hệ thống thông tin địa lý được phân bố qua môi trường mạng máy tính để tích hợp, phân phối và truyền tải thông tin địa lý trực diện trên World Wide Web thông qua Internet

1.4.2 Sơ đồ hoạt động của WebGIS

Hình 1.21: Sơ đồ hoạt động của WebGIS

1.4.3 Tổng quan kiến trúc công nghệ WebGIS

1.4.3.1 Kiến trúc WEBGIS

Hình 1.22: Sơ đồ kiến trúc 3 tầng của WebGIS (3-tier)

Kiến trúc 3-tier được mô tả như sau:

Chúng gồm 3 thành phần cơ bản đại diện cho 3 tầng:

1.4.3.1.1 Client (Presentation tier: tầng trình bày)

1.4.3.2 Application Server (Business Tier: tầng ứng dụng) 1.4.3.3.Database (Data tier:tầng dữ liệu)

Hình 1.23: Kiến trúc n-tier giữa các hệ thống

Một trong những minh chứng cụ thể là sự bùng nổ các website dựa trên các dịch vụ của Google và các website GIS theo chuẩn mở OGC (Open Geospatial Consortium)

Hình 1.24: Kiến trúc n-tier tương tác giữa Client và các hệ thống

1.4.3.2 Chức năng WebGIS

* Chức năng hiển thị:

* Chức năng phân tích và thiết kế

1.4.3.3 Ứng dụng của WebGIS

a Thống kê và quản lý kinh tế - xã hội

- Thống kê, quản lý dân số

- Quản lý mạng lưới giao thông (đường thủy – đường bộ)

- Thống kê, quản lý mạng lưới y tế, giáo dục

- Điều tra và quản lý hệ thống cơ sở hạ tầng

b Quản lý rừng

- Theo dõi sự thay đổi của rừng

- Phân loại rừng

- Nghiên cứu tình trạng xói mòn đất

c Nghiên cứu hỗ trợ các chương trình quy hoạch phát triển

- Đánh giá khả năng thích nghi của cây trồng, vật nuôi và động vật hoang dã

- Định hướng và xác định các vùng phát triển tối ưu trong sản xuất nông nghiệp

- Hỗ trợ quy hoạch và quản lý các vùng bảo tồn thiên nhiên

- Đánh giá khả năng và định hướng quy hoạch các vùng đô thị, công nghiệp lớn

CHƯƠNG 2-NGHIÊN CỨU CÁC CHUẨN OPEN

GEOSPATIAL CONSORTIUM (OGC)

2.1 Giới thiệu Open Geospatial Consortium (OGC)

Sự ra đời của WebGIS đã khắc phục được những hạn chế mà GIS truyền thống mang lại như giá thành của cơ sở dữ liệu, chuyển đổi định dạng dữ liệu giữa các phần mềm, giá thành của phần mềm, vấn đề bản quyền và khả năng cập nhật của dữ liệu … Thế nhưng, càng sử dụng và khai thác WebGIS, người sử dụng mới nhận thấy một điều rằng hầu như các WebGIS đều được xây dựng độc quyền bởi các hãng phần mềm hay các tổ chức khác nhau và dữ liệu được trình bày theo quan điểm riêng của họ

Hình 2.1: Khó khăn trong việc chia sẻ dữ liệu

Nhờ vào sự xuất hiện của OGC và sự ra đời của các đặc tả của OGC

Hình 2.2: Giải pháp của OGC

2.2 Các chuẩn thực thi của OGC sử dụng trong quá trình xây dựng hệ thống

2.2.1 Chuẩn thực thi của OGC

Chuẩn thực thi của tổ chức OGC, được đăng ký bản quyền với tên OpenGIS®, là các tiêu chuẩn toàn cầu về các phần mềm định dạng kiến trúc, cung cấp cho ta một nền cơ sở về các hệ thống mở để

xử lý các dữ liệu địa lý OGC Web Service có 16 specifications (đặc tả) cơ bản được coi là chuẩn mở nhằm trao đổi thông tin giữa các GIS khác nhau:

1 Catalog Interface (CAT)

2 Coordinate Transformation Services (CT)

3 Filter Encoding (Filter)

4 Geography Markup Language (GML)

5 GO-1 Application Objects (AOS)

6 Grid Coverages (GC)

7 OGC Web Service Common Specification (Common)

8 OpenGIS Location Services (OpenLS)

9 Simple Feature – CORBA (SFC)

10 Simple Feature – SQL (SFS)

11 Simple Features OLE/COM (SFO)

12 Styled Layer Descriptor (SLD)

13 Web Coverage Services (WCS)

14 Web Feature Service (WFS)

15 Web Map Context Document (WMCS)

16 Web Map Service (WMS)

2.2.2 Đặc tả các chuẩn OGC

2.2.2.1 Đặc tả Web Map Service (WMS)

WMS cung cấp ba giao thức cơ bản: GetCapabilites, GetMap vàGetFeatureInfo (trong đó 2 giao thức GetCapabilites, GetMap bắt buộc phải có)

Hình 2.3: Giao diện của Web Map Service

2.2.2.2 Đặc tả Web Feature Service (WFS)

WFS cung cấp các đối tượng dữ liệu dưới dạng định dạng thống nhất GML (Geography Markup Languge) 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

2.2.2.3 Đặc tả 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; DescribeCoverage; GetCoverage

2.2.2.4 Đặc tả Styled Layer Descriptor(SLD)

SLD là một mã hóa cho đặc tả WMS có thể mở rộng để cho phép ký hiệu hóa dữ liệu theo yêu cầu người sử dụng Đặc tả OpenGIS Web Map Server (WMS) hỗ trợ khả năng cung cấp thông tin nào đó dựa vào những lựa chọn cụ thể về ký hiệu, kiểu dáng cơ bản đối với một tập dữ liệu sẵn có

2.3 Giới thiệu mã nguồn mở ứng dụng chuẩn OGC 2.3.1 Mapserver

Mapserver là phần mềm mã nguồn mở cho phép tạo các bản

đồ động và trình bày dữ liệu không gian trên Web

2.3.2 Map Window

Map Window là phần mềm GIS mã nguồn mở về hệ thống thông tin địa lý Nó là lựa chọn thích hợp cho nhiều đối tượng người dùng theo các mục đích khác nhau:

Hình 2.5: Giao diện GeoServer [10]

2.3.3.2 Quy trình hiển thị bản đồ trên GeoServer

Hình 2.6: Quy trình hiển thị bản đồ trên GeoServer

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG THỬ NGHIỆM VỚI OGC CHO BÀI TOÁN PHÂN BỔ SINH VIÊN CỦA MỘT TRƯỜNG HỌC 3.1 Mô tả bài toán

Trong thời đại ngày nay, số liệu thống kê đóng vai trò rất lớn vào việc hoạch định chính sách nghiên cứu, các trường học, các nhà đầu tư, các công ty sản xuất, và cả người dân đều có nhu cầu sử dụng các thông tin dựa trên số liệu thống kê Đối với mỗi nghành nghề, mỗi lĩnh vực khác nhau thì các loại số liệu và thông tin cần quan tâm cũng khác nhau vì vậy, quản lý số liệu thống kê như thế nào để có thể cung cấp thông tin chính xác và nhanh chóng, theo các yêu cầu sử dụng khác nhau là điều rất quan trọng Cần phải có một nơi lưu trữ tốt, một phần mềm với nhiều công cụ hỗ trợ thích hợp để tập hợp các

số liệu thống kê thành một hệ thống.Với cách quản lý hiện nay thì số liệu được cung cấp dưới dạng các bảng biểu cố định mà chưa chú ý khai thác khía cạnh không gian của dữ liệu Sự kết hợp giữa dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian là một hướng giải quyết hợp lý nhằm nâng cao khả năng thống kê hiện nay lên nhiều lần

Qua quá trình khảo sát thực tế hiện nay tôi nhận thấy hiện nay có rất nhiều các trường đại học, cao đẳng, trung cấp được mở ra chính vì vậy mà tính cạnh tranh về chỉ tiêu tuyển sinh là rất cao, đã

có rất nhiều trường sau khi được thành lập đã phải giải thể, trước tình hình tuyển sinh gặp rất nhiều khó khăn như vậy, để có thể tuyển sinh được đủ chỉ tiêu được giao cho, một số các trường trung cấp, cao đẳng đã phải tuyển sinh dưới hình thức liên kết với các đơn vị giáo dục khác để có đủ chỉ tiêu tuyển sinh Thực tế làm việc tại trường tôi làm việc hình thức tuyển sinh này đang được áp dụng, nhà trường có nhiều đơn vị liên kết với các địa điểm khác nhau trên địa bàn Thành phố Hà Nội Để có thể thống kê được số lượng học sinh, sinh viên

của trường học từng địa điểm và được phân bổ học tập tại các địa điểm khác nhau do đó việc thống kê gặp không ít những khó khăn

Do đó tôi xây dựng ứng dụng dựa trên phần mềm mã nguồn mở Geoserver nhằm phân bổ, thống kê lượng sinh viên của nhà trường để

có thể khắc phục bớt những khó khăn mà nhà trường đang gặp phải

Đề tài sử dụng các phương pháp thống kê, phân tích xác định các thông tin về học sinh, sinh viên cần thiết cho CSDL sinh viên; thu thập thông tin và xử lý thông tin để xây dựng dữ liệu các lớp bản

đồ mang thông tin cả về không gian lẫn thuộc tính; lập trình trang WebGis cung cấp các thông tin về sinh viên

3.2 Thu thập dữ liệu

Bước 1:Tạo dữ liệu bản đồ

Bước 2: Cài đặt và sử dụng Geoserver

Bước 3: Xây dựng website bằng ASP.NET, Javarscrist Bước 4: Sử dụng thư viện Openlayers

3.3 Phân tích thiết kế hệ thống

3.3.1 Thiết kế kiến trúc hệ thống

* Mô hình hệ thống

3.3.3 Thiết kế giao diện

3.3.3.1 Giao diện quản trị

3.3.3.2 Giao diện người dùng

3.4 Lập trình hệ thống GIS trên nền mã nguồn mở GeoServer

3.4.1 Đưa dữ liệu trong Shapefile lên GeoServer và tạo kiểu hiển thị (style) cho các lớp dữ liệu

Hình 3.5: Hộp thoại tạo Workspace

Vào Layer Preview để kiểm tra lớp dữ liệu (layer) đã có kiểu hiển thị (style)

Hình 3.13: Lớp bản đồ quận nội thành được chọn kiểu hiển thị

3.4.2 Cài đặt và thử nghiệm

Chương trình được cài đặt trên máy có cấu hình Intel® Pentium CPU P600Core (@ 2.00GHz, RAM 2GB