Hệ thống thông tin địa lý trên web (WebGIS) là hệ thống thông tin địa lý phân tán trên một mạng các máy tính để tích hợp, trao đổi các thông tin địa lý trên World Wide Web. Trong cách thực hiện nhiệm vụ phân tích GIS, dịch vụ này gần giống nhưlà kiến trúc ClientServer của Web. Xử lý thông tin địa lý được chia ra thành các nhiệm vụở phía server và phía client. Điều này cho phép người dùng có thể truy xuất, thao tác và nhận kết quả từ việc khai thác dữ liệu GIS từ trình duyệt web của họ mà không phải trả tiền cho phần mềm GIS. Câu 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. Tầng Client (tấng trình bày ) Thông thường chỉ là các trình duyệt Internet Explorer, Mozilla Firefox ... 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. Các Client đôi khi cũng là một ứng dụng desktop tương tự như phần mềm MapInfo, ArcMap,... Tầng Application giao dịch: Thường được tích hợp trong một webserver nào đó, ví dụ như Tomcat, Apache, Internet Information Server. Đó 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 theo yêu cầu. Tùy theo yêu cầu của client mà kết quả về khác nhau : có thể là một hình ảnh dạng bimap (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 đồđược đảm nhiệm bởi Client, thậm trí client có thể xử lý một số bài tóan vềkhông gian. Thông thường các response và request đều theo chuẩn HTTP POST hoặc GET.
Trang 16 HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ TRÊN NỀN WEB
Câu 1 Khái niệm WebGIS
Hệ thống thông tin địa lý trên web (WebGIS) là hệ thống thông tin địa lý phân tán trên một mạng các máy tính để tích hợp, trao đổi các thông tin địa lý trên World Wide Web Trong cách thực hiện nhiệm vụ phân tích GIS, dịch vụ này gần giống nhưlà kiến trúc Client-Server của Web Xử lý thông tin địa lý được chia
ra thành các nhiệm vụở phía server và phía client Điều này cho phép người dùng có thể truy xuất, thao tác và nhận kết quả từ việc khai thác dữ liệu GIS từ trình duyệt web của họ mà không phải trả tiền cho phần mềm GIS
Câu 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
- Tầng Client (tấng trình bày )
Thông thường chỉ là các trình duyệt Internet Explorer, Mozilla Firefox 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 Các Client đôi khi cũng là một ứng dụng desktop tương tự như phần mềm MapInfo, ArcMap,
- Tầng Application giao dịch:
Thường được tích hợp trong một webserver nào đó, ví dụ như Tomcat, Apache, Internet Information Server Đó 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
Trang 2kết quả về theo yêu cầu Tùy theo yêu cầu của client mà kết quả về khác nhau : có thể là một hình ảnh dạng bimap (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 đồđược đảm nhiệm bởi Client, thậm trí client có thể xử lý một số bài tóan vềkhông gian Thông thường các response và request đều theo chuẩn HTTP POST hoặc GET
- Tầng Database( tâng dữ liệu:
Là nơi lưu trữ các dữ liệu địa lý bao gồm cả các dữ liệu không gian và phi không gian Các dữ liệu này được quản trị bởi các hệ quản trị cơ sở dữ liệu như ORACLE, MS SQL SERVER, ESRI SDE, POSGRESQL, hoặc là các file dữ liệu dạng flat 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
Cơ sở dữ liệu không gian sẽ được dùng để quản lý và truy xuất dữ liệu không gian, được đặt trên data server Nhà kho hay nơi lưu trữ được dùng để lưu trữ và duy trì những siêu dữ liệu về
dữ liệu không gian tại những data server khác nhau Dựa trên những thành phần quản lý dữ liệu, ứng dụng server và mô hình server được dùng cho ứng dụng hệ thống để tính toán thông tin không gian thông qua các hàm cụ thể Tất cả kết quả tính toán của ứng dụng server sẽ được gửi đến web server để thêm vào các gói HTML, gửi cho phía client và hiển thị nơi trình duyệt web
Hình thức triển khai WebGis: gồm 2 phần
Client side: được dùng để hiển thị kết quả đến cho người dùng,
nhận các điều khiển 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 Clearinghouse Server side có nhiệm vụ lưu trữ dữ liệu không
Trang 3gian, xử lý tính toán và trả về kết quả (dưới dạng hiển thị được) cho client side
Câu 3:Công nghệ WebGIS mã nguồn mở.
3.1 Công nghệ mã nguồn mở GeoServer
GeoServer là một máy chủ mã nguồn mở với mục đích kết nối những thông tin địa lý có sẵn tới các WebGIS (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
GeoServer được viết bằng ngôn ngữ java, cho phép người sử dụng chia sẻ và chỉnh sử 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 sự phối hợp các chuẩn hoạt động của Open Geospatial Consortium (OGC), Web Map Service (WMS), Web Feature Service (WFS) GeoServer là thành phần nền tảng của Geospatial Web
Chuẩn mở và khả năng chia sẻ dữ liệu không gian:
- GeoServer cho phép người dùng hiển thị thông tin không gian Cung cấp chuẩn Dịch vụ bản đồ (Web Map Service - WMS), GeoServer có thể tạo bản đồ và xuất ra nhiều định dạng OpenLayers, một thư viện bản đồ hoàn toàn miễn phí, được tích hợp cùng GeoServer giúp cho công việc tạo bản đồ trở nên đơn giản hơn bao giờ hết
- GeoServer hỗ trợ rất nhiều style bản đồ, tương thích với chuẩn Web Feature Service (WFS)
- GeoServer cho phép chia sẻ và chỉnh sửa dữ liệu đang được dùng
để hiển thị bản đồ
Trang 4Hình 1.3 Giao diện GeoServer
Các đặc trưng của GeoServer:
- GeoServer cho phép xuất dữ liệu linh hoạt dựa vào việc hỗ trợ các chuẩn KML, GML, Shapefile, GeoRSS, PDF, GeoJSON, JPEG, GIF, SVG, PNG
- GeoServer có thể đọc được nhiều định dạng dữ liệu, bao gồm PostGIS, Oracle Spatital, ArcSDE, DB2, MySQL, Shapefile, GeoTIFF, GTOPO30 và nhiều loại khác Bên cạnh đó, GeoServer còn có thể chỉnh sửa dữ liệu nhờ những thành phần xử lý của Chuẩn Web Feature Server
- GeoServer được xây dựng dựa trên gói thư viện mã nguồn mở GeoTools, được viết bởi ngôn ngữ java
- GeoServer hỗ trợ việc chia sẻ dữ liệu không gian địa lý lên Google Earth thông qua đặc tính 'Network link' sử dụng KML
3.2 Thư viện mã nguồn mở OpenLayers
OpenLayers là bộ thư viện JavaScript hỗ trợ hiển thị bản đồ trên các ứng dụng web, được viết bằng ngôn ngữ JavaScript OpenLayers không chỉ là thư viện cung cấp một API JavaScript
mà nó có thể kết hợp các bản đồ từ nhiều nguồn khác nhau vào trang web hoặc ứng dụng
Đặc điểm nổi bật của thư viện OpenLayers:
Trang 5- Bộ thư viện mã nguồn mở.
- Tuân theo chuẩn quốc tế
- Hỗ trợ nhiều loại dịch vụ (WMS, WFS, WCS,…) và Map Server như ArcGIS,
- GeoServer, MapServer
- Đọc được các định dạng trên Google Map, OpenStreetMap,…
- Hỗ trợ xây dựng các thao tác trên bản đồ
3.3 Giới thiệu hệ quản trị CSDL PostgreSQL
PostgreSQL là hệ quản trị cơ sở dữ liệu được viết theo hướng
mã nguồn mở và rất mạnh mẽ Hệ quản trị cơ sở dữ liệu này đã có hơn 15 năm phát triển, đồng thời kiến trúc đã được kiểm chứng và tạo được lòng tin với người sử dụng về độ tin cậy, tính toàn vẹn dữ liệu, và tính đúng đắn PostgreSQL có thể chạy trên tất cả các hệ điều hành, bao gồm cả Linux, UNIX (AIX, BSD, HP-UX, SGI IRIX, Mac OS X, Solaris, Tru64), và Windows Do nó hoàn toàn tuân thủ ACID, có hỗ trợ đầy đủ các foreign keys, joins, views, triggers, và stored procedures (trên nhiều ngôn ngữ) Hệ quản trị này còn bao gồm các kiểu dữ liệu SQL: 2008 như INTEGER, NUMBER, BOOLEAN, CHAR, VARCHAR, DATE INTERVAL,
và TIMESTAMPs PostgreSQL cũng hỗ trợ lưu trữ các đối tượng
có kiểu dữ liệu nhị phân lớn, bao gồm cả hình ảnh, âm thanh, hoặc video Hệ quản trị cơ sở dữ liệu này được sử dụng thông qua giao diện của các ngôn ngữ C / C + +, Java, Net, Perl, Python, Ruby, Tcl, ODBC…
Là một hệ quản trị cơ sở dữ liệu mạnh, PostgreSQL tự hào có các tính năng phức tạp như kiểm soát truy cập đồng thời nhiều phiên bản (MVCC), khôi phục dữ liệu tại từng thời điểm (Recovery), quản lý dung lượng bảng (tablespaces), sao chép không đồng bộ, giao dịch lồng nhau (savepoints), sao lưu trực tuyến hoặc nội bộ, truy vấn phức tạp và tối ưu hóa, và viết trước các khai báo để quản lý và gỡ lỗi PostgreSQL hỗ trợ bộ ký tự quốc tế, hỗ trợ bảng mã nhiều byte, Unicode, và cho phép định dạng, sắp xếp và phân loại ký tự văn bản (chữ hoa, thường) PostgreSQL còn được biết đến với khả năng mở rộng để nâng cao
Trang 6cả về số lượng dữ liệu quản lý và số lượng người dùng truy cập đồng thời Đã từng có những hệ thống PostgreSQL hoạt động trong môi trường thực tế thực hiện quản lý vượt quá 4 terabyte dữ liệu
4 CHỨC NĂNG CỦA GIS
1 Nhập dữ liệu
Nhập dữ liệu là một quá trình đọc dữ liệu dưới khuôn dạng mà hệ phần mềm có thể xử lý được
- Nhập dữ liệu không gian: Dạng Vector: dgn, shp,
dxf… ,dạng Raster: tif, gird……
- Nhập dữ liệu thuộc tính: từ tài liệu thống kê, số liệu điều tra, thu thập
2 Xử lý dữ liệu
2.1
Tạo cấu trúc Topology
- Về mặt tổng quát mối quan hệ Topology đại diện cho các đối tượng không gian (điểm, đường, vùng) và mối quan hệ của các đối tượng không gian đó với những đối tượng liền kề
GIS có các công cụ sử dụng các luật Topology để kiểm tra lỗi và khắc phục lỗi của dữ liệu không gian
- Muốn liên kết dữ liệu vector với dữ liệu thuộc tính thì bắt buộc phải chạy topology
2.2 Chuyển đổi dữ liệu dạng vector và raster
- Raster hóa: Chuyển đổi từ vector sang raster
- Vector hóa: Chuyển đổi từ raster sang vector
2.3 Nội suy Mô hình số địa hình (DEM)
- Là việc sử dụng những mô hình toán học để nội suy nên độ cao của bề mặt địa hình
- Dùng 2 phương pháp:
Lưới tam giác không đều: TIN
Lưới ô vuông: GIRD
3 Biên tập dữ liệu.
3.1 Tìm kiếm sửa lỗi dữ liệu không gian
Trang 7- Dữ liệu dạng raster: hiển thị từng lớp để tách ra các ô lưới phi lý, hoặc sai lệch vị trí khi so sánh với tài liệu liên quan
- Dữ liệu không gian dạng vector: sử dụng công cụ topology 3.2 Tìm kiếm sửa lỗi dữ liệu thuộc tính
- Lỗi: mất thuộc tính
Giải pháp khắc phục: Sử dụng chức năng truy vấn để kiểm soát các đối tượng chưa có thuộc tính
- Lỗi: nhập thuộc tính bị sai
Giải pháp khắc phục: được khắc phục trong quá trình thực hiện các phép phân tích không gian
4 Tìm kiếm và phân tích không gian
4.1
Tìm kiếm (Searching)
- Thuận lợi: Do dữ liệu được mã hoá trong hệ vector sử dụng cấu trúc dữ liệu lớp
- Khó khăn: khi mỗi một thành phần có nhiều thuộc tính Một hệ lớp đơn giản yêu cầu dữ liệu đối với mỗi lớp phải được phân lớp trước khi đưa vào
- Trong searching thì phép phân tích thường dùng nhất là tìm
đường đi tối ưu sử dụng các luật quyết định
4.2
Hỏi đáp (Query)
- Để gọi ra dữ liệu thuộc tính sử dụng ngôn ngữ SQL: select, from, where…
- Các câu lệnh điều kiện: sử dụng 3 loại toán tử
Các toán tử quan hệ: >, <, =, ≤, ≥;
Các phép toán số học: +, -,× , :
Các phép toán logic: AND, OR, NOT, XOR
4.3
Chồng chập (overlay)
- Chồng chập dữ liệu là một khả năng ưu việt của GIS
- Chồng chập dữ liệu raster
- Chồng chập dữ liệu vector
4.4
Vùng đệm (Buffer)
Vùng đệm là tạo ra một vùng mà lấy lõi là một điểm, một đường hoặc một vùng, đường biên bên ngoài thường có khoảng cách nhất định so với lõi
Trang 8Nội suy
- Trong tình huống thông tin có ít điểm, đường hay vùng lựa chọn thì phép nội suy được thực hiện để có nhiều thông tin hơn 4.6
Thực hiện các phép toán với dữ liệu raster
- GIS có thể sử dụng các phép toán đại số đối với dữ liệu
raster
- Các toán tử dùng để xử lý dữ liệu raster bao gồm các phép toán số học (+,-,×,/), các phép toán quan hệ (>,<,=, <=, >=), các phép toán logic (and, or, not, xor)
5 Hiển thị và tương tác
GIS rất linh hoạt trong việc hiển thị dữ liệu không gian
- Khi hiển thị các lớp dữ liệu không gian chúng ta có thể hiển thị thêm các thông tin thuộc tính tương ứng của chúng
- GIS có thể hiển thị các mô hình số địa hình dưới dạng không gian 3 chiều, thay đổi bảng mầu,độ sáng … hoặc tạo ra các hiển thị dưới dạng hình động (animation)
2 CƠ SỞ DỮ LIỆU TRONG GIS
1 CSDL thành phần trong GIS:
CSDL của GIS bao gồm 2 thành phần chính là: CSDL địa lý
(không gian) chứa đựng những thông tin về đối tượng địa lý, định
vị các đối tượng, cho ta biết được vị trí, kích thước, hình dạng, sự phân bố… của các đối tượng CSDL thuộc tính ( Phi không gian ) lưu trữ các số liệu mô tả các đặc trưng, tính chất, … của đối tượng nghiên cứu
Trong hệ thống GIS, hệ quản trị cơ sở dữ liệu GIS được xây dựng bao gồm 2 hệ quản trị cơ sở dữ liệu riêng cho từng phần hoặc xây dựng một hệ quản trị cơ sở dữ liệu chung cho cả hai cơ
sở dữ liệu con kể trên Cụ thể:
* Hệ quản trị CSDL cho cơ sở dữ liệu địa lý
* Hệ quản trị CSDL quan hệ ở mức tra cứu, hỏi đáp Hệ này được tích hợp cùng với hệ quản trị CSDL địa lý cho phép người ta dùng truy nhập dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính đồng thời Tuy
Trang 9nhiên Hệ quản trị CSDL này cho thao tác trên cơ sở dữ liệu thuộc tính bị hạn chế
* Hệ quản trị cơ sở dữ liệu thuộc tính Ví dụ: FOX, MS
SQL, ORACLE
2 Cấu trúc CSDL địa lý (không gian): Tất cả các đối tượng
không gian đều có thể quy về ba loại: đối tượng dạng điểm là đối tượng địa lý không có chiều dài và diện tích ở một tỷ lệ bản đồ nhất định, dạng đường là tập các đối tượng địa lý có kích thước hẹp và dạng tuyến, khó thể hiện ở dạng vùng để tính diện tích và dạng vùng gồm tập các đối tượng địa lý đặc trưng cho một vùng nhất định
2.1 Dữ liệu địa lý (không gian) dạng Raster: thực thể
không gian được biểu diễn thông qua các ô ảnh (pixel) của một lưới các ô Trong máy tính, lưới các ô này được lưu trữ dưới dạng
ma trận trong đó mỗi ô là giao điểm của một hàng và một cột
trong ma trận Trong cấu trúc này, điểm được xác định bởi một pixel, 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 trên một diện tích nào đó
Dữ liệu raster có dung lượng rất lớn nếu không có cách lưu trữ thích hợp Người ta sử dụng nhiều phương pháp nén khác nhau
để làm cho các tệp dữ liệu ảnh trở nên nhỏ hơn Thông thường, người ta hay sử dụng các phương pháp nén như: TIFF, RLE,
JPEG,
2.2 Dữ liệu địa lý (không gian) dạng Vector:
a Điểm (point): dùng để biểu diễn các đối tượng không
gian, mà với tỷ lệ hiện đang xây dựng, chỉ có thể thể hiện chúng như một cặp tọa độ (x,y) hoặc (x,y,z) Chúng là những đối tượng phi tỷ lệ Ngoài các giá trị tọa độ, có thể sử dụng các đặc trưng đồ họa dạng điểm như: kiểu ký hiệu điểm, màu sắc, hay kích thước
để biểu diễn cho đối tượng điểm
b Đường (Line, Polyline, Arc): được dùng để biểu diễn
các đối tượng có dạng tuyến, được tạo nên từ hai hay nhiều hơn các cặp tọa độ (x, y) hoặc (x,y,z) Các đối tượng dạng đường cũng
Trang 10là những đối tượng phi tỷ lệ Các đặc trưng đồ họa sử dụng cho đối tượng dạng đường là: kiểu ký hiệu dạng đường, màu sắc, độ rộng của nét vẽ
c Vùng (polygon): là các đối tượng không gian dạng 2D
(dạng diện).Vùng biểu diễn các đối tượng mà kích thước của
chúng đủ lớn để thể hiện trên bản đồ theo tỷ lệ bản đồ Chúng thường là những đường đa tuyến khép kín Số liệu định vị cho đối tượng dạng vùng là (n+1) cặp tọa độ (x,y) hoặc (x,y,z), trong đó tọa độ của điểm thứ (n+1) trùng với điểm thứ nhất, n là số đỉnh của đa giác khép kín
3 Cơ sở dữ liệu thuộc tính
CSDL thuộc tính lưu trữ các số liệu mô tả các đặc trưng, tính chất, … của đối tượng nghiên cứu Các thông tin này có thể là định tính hay định lượng Chúng được lưu trữ trong máy tính như
là tập hợp các con số hay ký tự; ở dạng văn bản hay bảng biểu Thông thường, dữ liệu thuộc tính là các thông tin chi tiết cho đối tượng hoặc các số liệu thống kê cho đối tượng Các dữ liệu thuộc tính chủ yếu được tổ chức thành các bảng dữ liệu, gồm có các cột
dữ liệu (trường dữ liệu): mỗi cột diễn đạt một trong nhiều thuộc tính của đối tượng; và các hàng tương ứng với một bản ghi: gồm toàn bộ nội dung thuộc tính của một đối tượng quản lý
Trong các phần mềm máy tính, việc mã hóa các dữ liệu thuộc tính được giải quyết dễ dàng Hiện nay, các phần mềm GIS chủ yếu vẫn sử dụng mô hình dữ liệu quan hệ để quản lý dữ liệu thuộc tính, ví dụ như: MapInfo, ArcInfo, ArcView, … Các phần mềm GIS, tùy thuộc vào loại dữ liệu mà chúng quản lý, thường có các chức năng cho phép cập nhật, tổ chức dữ liệu Với dữ liệu thuộc tính, chúng ta có thể nhập trực tiếp từ các phần mềm GIS hoặc nhập từ các tệp dữ liệu của các phần mềm quản trị cơ sở dữ liệu khác
Với những cơ sở dữ liệu GIS vừa và lớn, các dữ liệu thuộc tính được thu thập và quản lý trong các hệ quản trị cơ sở dữ liệu,
ví dụ như: Foxpro, Microsoft Access, SQL Server, …; hoặc trong