XÂY DỰNG BẢN ĐỒ TRỰC TUYẾN DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ MÃ NGUỒN MỞ

Mục tiêu: Nghiên cứu một số giải pháp để xây dựng bản đồ trực tuyến, giới thiệu và xâydựng bản đồ trực tuyến dựa trên phần mềm mã nguồn mở Mapserver cho khu vựcVQG Ba Bể tỉnh Bắc Kạn..

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÁI NGUYÊN TRUNG TÂM NGOẠI NGỮ VÀ TIN HỌC ỨNG DỤNG

BÁO CÁO KẾT QUẢ

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

MÃ SỐ: T2011 - 27

TÊN ĐỀ TÀI:

XÂY DỰNG BẢN ĐỒ TRỰC TUYẾN DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ MÃ NGUỒN MỞ

CHỦ TRÌ ĐỀ TÀI: HỨA THỊ TOÀN

THÁI NGUYÊN – 2011

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÁI NGUYÊN TRUNG TÂM NGOẠI NGỮ VÀ TIN HỌC ỨNG DỤNG

BÁO CÁO KẾT QUẢ

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

MÃ SỐ: T2011 - 27

TÊN ĐỀ TÀI:

XÂY DỰNG BẢN ĐỒ TRỰC TUYẾN

DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ MÃ NGUỒN MỞ

CHỦ TRÌ ĐỀ TÀI: HỨA THỊ TOÀN

Thời gian thực hiện: Năm 2011

Địa điểm nghiên cứu: TRƯỜNG ĐH NÔNG LÂM THÁI NGUYÊN

THÁI NGUYÊN – 2011

Mục lục

Danh mục các hình trong báo cáo 6

TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP CƠ SỞ 7

SUMMARY 8

Phần 1 Đặt vấn đề 8

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 8

1.2 Mục đích nghiên cứu 8

1.3 Ý nghĩa của đề tài 8

Phần 2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 9

2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 9

2.2 Thời gian nghiên cứu 9

2.3 Nội dung nghiên cứu 9

2.4 Phương pháp nghiên cứu 9

Phần 3 Kết quả nghiên cứu và thảo luận 10

3.1 Công nghệ GIS trên nền Web 10

3.2 Sơ đồ hoạt động của ứng dụng GIS trên nền Web 11

3.3 Một số giải pháp bản đồ trực tuyến 11

3.3.1 MapBender 11

3.3.2 MapGuide Open Source 12

3.3.3 OpenLayers 12

3.4 Phần mềm mã nguồn mở Mapserver 13

3.4.1 Giới thiệu về Mapserver 13

3.4.2 Hướng dẫn cài đặt 14

3.4.3 Thành phần và mô hình xử lý của Mapserver 15

3.4.3.1 Các thành phần của Mapserver 15

3.4.3.2 Quy trình xử lý 17

3.4.4 Tìm hiểu Mapfile 17

3.4.4.1 Map Object(Đối tượng bản đồ) 18

3.4.4.2 Layer Object(Đối tượng lớp) 22

3.4.4.3 Query Map Object (Đối tượng truy vấn bản đồ) 26

3.4.4.4 Projection Object (Phép chiếu) 26

3.4.5 Xử lý kết nối các loại dữ liệu 27

3.4.5.1 Biên dịch thư viện GDAL trên môi trường Window 27

3.4.5.2 Khai báo layer dùng dữ liệu Raster 27

3.4.5.3 Chọn lọc dữ liệu Raster 28

3.4.6 Website bản đồ trực tuyến khu vực VQG Ba Bể 30

3.4.6.1 Chức năng chính 30

3.4.6.2 Giao diện 31

Phần 4 Kết luận và đề nghị 32

Tài liệu tham khảo 33

Phụ lục 34

Danh mục các hình trong báo cáo

Hình 1: Sơ đồ hoạt động của WebGIS 11

Hình 2: Sơ đồ hoạt động của Mapserver 14

Hình 3: Cửa sổ cài đặt 14

Hình 4: Giao diện gói ms4w 15

Hình 5: Quy trình xử lý của Mapserver 17

Hình 6: Mô hình đối tượng trong Mapfile 18

Hình 7: Chồng xếp các Layer 18

Hình 8: Danh sách font sử dụng 19

Hình 9: Thứ tự được vẽ các Layer 22

Hình 10: Sơ đồ các chức năng chính 30

Hình 11: Giao diện website bản đồ trạng thái rừng 31

Hình 12 Giới thiệu về VQG Ba Bể 31

TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

KHOA HỌC CẤP CƠ SỞ

Tên đề tài: Xây dựng bản đồ trực tuyến dựa trên công nghệ mã nguồn mở

Mã số: T2011 – 27

Chủ nhiệm đề tài: Hứa Thị Toàn

Tel.: 0984.041.052 E-mail: huathitoan@gmail.com

Cơ quan chủ trì đề tài: Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên

Thời gian thực hiện: Từ 01/2011 đến 12/2011

1 Mục tiêu:

Nghiên cứu một số giải pháp để xây dựng bản đồ trực tuyến, giới thiệu và xâydựng bản đồ trực tuyến dựa trên phần mềm mã nguồn mở Mapserver cho khu vựcVQG Ba Bể tỉnh Bắc Kạn

2 Nội dung chính:

− Giới thiệu về công nghệ WebGis

− Giới thiệu về Mapserver

− Xây dựng bản đồ trực tuyến cho khu vực VQG Ba Bể tỉnh Bắc Kạn

SUMMARYProject title: Building map online bases upon open source code technology.

Code number: T2011-27

Implementing institution: University of Agriculture and Forestry Thai Nguyen

− Launch about WebGIS technology

− Launch about Mapserver

− Building map online for National park Ba Be – province Bac Kan

3 Results

− Direction for use Mapserver

− Map online for National park Ba Be

− Report the project

Phần 1 Đặt vấn đề 1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, hệ thống thông tin địa lý đã chứng tỏ được hiệu quảcủa nó trong việc hoạch định chính sách quản lý tài nguyên, trong việc qui hoạch nhà,đất…Tuy nhiên các phần mềm GIS thương mại thường có giá thành cao và không phảilúc nào ta cũng có sẵn một chuyên gia GIS để hướng dẫn, giải đáp, vậy vấn đề đượcđặt ra là liệu có một phần gói thư viện nào hay một phần mềm nào miễn phí và mãnguồn mở để ta có thể dễ dàng sử dụng và phát triển hay không?

MapServer là phần mềm mã nguồn mở cho phép tạo các bản đồ động và trìnhbày dữ liệu không gian trên Web Đây là một hệ thống phức tạp cung cấp truy cập trênmạng với những chức năng cơ bản như: thu ảnh, lưu trữ, hợp nhất dữ liệu, chế tác,phân tích và hiển thị dữ liệu không gian Mapserver có khả năng phân phối thông tinđịa lí rộng rãi trên toàn cầu, người dùng Internet có thể truy cập đến các ứng dụng GIS

mà không phải mua phần mềm Đây là một trong những giải pháp tối ưu nhằm tạomới, chỉnh sửa và phát triển các ứng dụng GIS một cách miễn phí

1.2 Mục đích nghiên cứu

Tạo bản đồ trực tuyến khu vực VQG Ba Bể trên mạng Internet

1.3 Ý nghĩa của đề tài

Đề tài này sẽ cung cấp cách thức tạo và đưa một bản đồ bất kì trên mạng Internet

để tạo một thư viện bản đồ dùng chung, khi cần chúng ta có thể tìm kiếm một cáchnhanh chóng và dễ dàng

Mặt khác, sử dụng công nghệ mã nguồn mở, tất cả người dùng có thể sử dụng vàchỉnh sửa nguồn tài nguyên này nên sẽ giúp các sản phẩm hoàn chỉnh hơn, thuận tiệnhơn cho các mục đích khác nhau của người dùng

Phần 2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Bản đồ hiện trạng khu vực VQG Ba Bể - tỉnh Bắc Kạn

2.2 Thời gian nghiên cứu

Từ tháng 01 năm 2011 đến tháng 12 năm 2011

2.3 Nội dung nghiên cứu

− Tìm hiểu và viết tài liệu hướng dẫn sử dụng phần mềm dùng để tạo bản đồ trựctuyến

− Xây dựng website chứa bản đồ khu vực VQG Ba Bể

2.4 Phương pháp nghiên cứu

Lập trình bằng ngôn ngữ PHP và C Sharp

Phần 3 Kết quả nghiên cứu và thảo luận

3.1 Công nghệ GIS trên nền Web

Công nghệ GIS trên nền Web là hệ thống thông tin địa lý phân tán trên một mạngcác máy tính để tích hợp, trao đổi các thông tin địa lý trên mạng Internet Trong cáchthực hiện việc phân tích GIS, dịch vụ này giống như kiến trúc Client-Server của web

Xử lý thông tin địa lý được chia thành các nhiệm vụ ở phía Server và phía Client Điềunày 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 mất tiền cho phần mềm GIS.Một Client tiêu biểu là trình duyệt web và phía server bao gồm một Web Server cungcấp một chương trình phần mềm ứng dụng GIS trên web Client thường yêu cầu mộtảnh bản đồ hay vài xử lý thông tin địa lý qua web đến server ở xa, server chuyển yêucầu thành mã nội bộ và gọi những chức năng về GIS bằng cách chuyển tiếp yêu cầuđến phần mềm ứng dụng GIS Phần mềm này trả về kết quả, sau đó kết quả lại đượcđịnh dạng lại cho việc trình bày bởi trình duyệt hay những hàm từ bộ nhúng (plug-in)hoặc java applet Server sau đó trả về kết quả cho client để hiển thị, hoặc gửi dữ liệu

và các công cụ phân tích đến client để dùng ở phía client

Phần lớn sự chú ý gần đây là tập trung vào sự phát triển của các chức năng GIStrên internet Công nghệ GIS trên nền web có tiềm năng lớn trong công việc làm chothông tin địa lý trở nên hữu dụng và sẵn sàng tới số lượng lớn người sử dụng trên thếgiới Thách thức lớn của công nghệ này là để tạo ra một hệ thống phần mềm khôngphục thuộc vào nền tảng (platform) và chạy trên chuẩn giao thức mạng TCP/IP cónghĩa là khả năng chúng chạy trên bất kì trình duyệt web của bất kì máy tính nào nốimạng internet Đối với vấn đề này, các phần mềm GIS phải được thiết kế lại để trởthành ứng dụng GIS trên nền web theo các kỹ thuật mạng internet

3.2 Sơ đồ hoạt động của ứng dụng GIS trên nền Web

Hình 1: Sơ đồ hoạt động của WebGISKhi có yêu cầu phát sinh, máy khách (Client) gửi yêu cầu đến máy chủ web(WebServer) Nếu yêu cầu có liên quan đến bản đồ, WebServer chuyển yêu cầu đó đếncho một công cụ xử lý Tại MapServer, yêu cầu sẽ được phân loại và tùy thuộc vàoloại yêu cầu mà MapServer gọi đến chương trình thực thi để thực hiện Chương trìnhthực thi trên MapServer truy cập vào cơ sở dữ liệu để lấy dữ liệu Trong quá trình truycập, chương trình thực thi tham chiếu đến tệp tin cấu hình bản đồ (config_mapfile) Dữliệu lấy về sẽ được chuyển về WebServer, WebServer tham chiếu đến tệp tin mẫu(html template) để tạo ra kết quả Kết quả sẽ được gửi về Client để hiển thị Chu trình

và cơ sở dữ liệu XML, nó cung cấp mẫu dữ liệu và giao diện để hiển thị, xa hơn nữaMapbender cung cấp dịch vụ xác định thẩm quyền và quyền hạn, quản lý giao diệnngười, nhóm người sử dụng, và quản trị dịch vụ trong một dữ án về bản đồ trực tuyến

Đặc trưng:

− Phần mềm vào dịch vụ quản trị cho bản đồ của OGC kiến trúc web

− Thực thi những công nghệ web mới nhất sử dụng, PHP, JavaScritp và XML

− Cung cấp một dữ liệu mẫu và dạng hiển thị, tìm vị trí và truy vấn

− Thẩm quyền vào quyền hạn dịch vụ

− Chức năng bảo mật proxy

− Quản lý giao diện người dùng, nhóm người hay dịch vụ quản trị

3.3.2 MapGuide Open Source

Cũng như Mapbender, phần mềm mã nguồn mở MapGuide là một nền tảng dựatrên cơ sở web, chúng được sử dụng để phát triển và triển khai những ứng dụng trêntrang web về bản đồ và những dịch vụ web về địa lý một cách nhanh chóng

MapGuide bao gồm một cơ sở dữ liệu XML để quản lý nội dung và nó hỗ trợphần lớn các dịnh dạng file địa lý, cơ sở dữ liệu về địa lý thông dụng

MapGuide có thể được triển khai trên hệ điều hành Window hoặc Linux, hỗ trợWeb server Apache và IIS, có thể được nhúng vào các ngôn ngữ PHP,.NET, Java, vàJavaScript API để phát triển các ứng dụng

Đặc trưng

− Triển khai trên hệ điều hành Window và Linux, dùng máy chủ Apache và ISS, sửdụng trên các trình duyệt web khác nhau

− Hiển thị bản đồ chất lượng

− Xây dựng cơ sở dữ liệu được lưu trữ trên XML

− Mềm dẻo để phát triển các ứng dụng với PHP,.NET, Java

− Mở rộng và bảo mật cho phía server

3.3.3 OpenLayers

OpenLayers là một thư viện JavaScript thuần túy cho việc thể hiện dữ liệu bản đồtrong phần lớn các trình duyệt web hiện đại, không phụ thuộc vào phía server,OpenLayers thực thi một JavaScript API để xây dựng một ứng dụng địa lý trên nềnweb một cách hiệu quả, tương tự với Google Maps OpenLayers được phát triển bởicộng đồng phần mềm mã nguồn mở, được viết bởi MetaCarta và sau đó được pháttriển như một thư viện mã nguồn mở

Và xa hơn nữa, OpenLayers thực thi các chuẩn công nghiệp về những phươngthức để truy xuất dữ liệu địa lý OpenLayers được viết trên ngôn ngữ JavaScript hướngđối tượng, sử dụng những thành phần từ file Prototype.js, những mã OpenLayers đãtrải qua hàng trăm lần test đơn vị

Như một FrameWork được dự đoán sẽ chia những công cụ bản đồ từ dữ liệu bản

đồ, vì tất cả những công cụ có thể điều kiển trên tất cả các nguồn dữ liệu

Đặc trưng

− Hỗ trợ cho hàng loạt các nguồn dữ liệu

− Hỗ trợ cho việc hiện thị những đặc tính địa lý, đánh dấu và hiện bản đồ

− Dễ dàng xây dựng và cấu hình, được thiết kế để giúp đỡ xây dựng OpenLayersnhúng vào các ứng dụng khác

3.4 Phần mềm mã nguồn mở Mapserver

3.4.1 Giới thiệu về Mapserver

MapServer là phần mềm mã nguồn mở cho phép tạo các bản đồ động và trìnhbày dữ liệu không gian trên Web Đây là sản phẩm của trường đại học Minnesota(University of Minnesota - UMN) trong dự án kết hợp giữa NASA và bộ tài nguyênMinnesota

MapServer có thể hoạt động ở hai chế độ CGI và API Ở chế độ CGI, các chứcnăng của MapServer trong môi trường WebServer là CGI MapScript Đây là cách thức

dễ dàng để khởi tạo và phát triển một ứng dụng Ở chế độ API, có thể truy cậpMapServer bằng PHP, Perl hoặc Python, chế độ này cho phép xây dựng các ứng dụnguyển chuyển, giàu các chức năng và có khả năng truy cập các cơ sở dữ liệu mở rộngkhác

MapServer hoạt động dựa vào các mẫu là chính Trước khi thực thi yêu cầu củaweb, MapServer đọc tệp tin cấu hình (mapfile) mô tả các lớp và các thành phần kháccủa bản đồ Nó sẽ vẽ và lưu lại bản đồ Tiếp theo, nó sẽ đọc một hoặc nhiều tệp tinmẫu HTML mà nó nhận diện trong tệp tin cấu hình Mỗi tệp tin mẫu sẽ chứa đựng cácthẻ (tags) HTML và các chuỗi MapServer đặc biệt Các chuỗi này sẽ được sử dụng, ví

dụ chuỗi chỉ đường dẫn để lưu ảnh bản đồ do Mapserver tạo ra, hoặc chuỗi dùng đểnhận diện các lớp nào sẽ được sắp xếp…MapServer thay thế các giá trị hiện tại vàocác các chuỗi này và gửi luồng dữ liệu về cho WebServer để WebServer tiếp tụcchuyển về cho trình duyệt Khi có một yêu cầu mới phát sinh, MapServer sẽ nhận yêucầu từ WebServer với các giá trị mới và chu trình cứ thế tiếp diễn

Sơ đồ hoạt động của Mapserver

Hình 2: Sơ đồ hoạt động của Mapserver

3.4.2 Hướng dẫn cài đặt

− Tải về cài đặt gói từ MapTools.org

− Extract ms4w_3.0_beta7.zip at the root of a drive, eg Trích xuấtms4w_3.0_beta7.zip tại gốc của ổ đĩa, ví dụ C: C: Nếu thành công, một thưmục ms4w mới sẽ được tạo ra (C: / ms4w)

− Chạy tập tin install.bat một Pache theo thư mục ms4w (/ install.bat) để bắt đầu và cài đặt Apache Web Server như một dịch vụ: Điều này

ms4w/apache-sẽ mở một cửa sổ cmd mà in thông điệp ghi giống như hình ảnh hiển thị dướiđây:

Hình 3: Cửa sổ cài đặt

* Cài đặt Apache

Để kiểm tra việc cài đặt, mở trình duyệt web của bạn và gõ http://localhost hoặc http://127.0.0.1 vào thanh địa chỉ, hiển thị như hình dưới đây, khi đó quá trình cài đặt đã thành công:

Hình 4: Giao diện gói ms4w

3.4.3 Thành phần và mô hình xử lý của Mapserver

3.4.3.1 Các thành phần của Mapserver

Ứng dụng Mapserver sử dụng chuẩn giao tiếp CGI để giao tiếp với các thànhphần và với HTTP Server, nên đôi khi ta gọi ứng dùng Mapserver là ứng dụngMapserver CGI Do có mã nguồn mở nên cũng có những ứng dụng được biên dịch thể

có thể dùng mapscript truy xuất trực tiếp các hàm API của MapServer

Ứng dụng Mapserver CGI sử dụng các tài nguyên như sau:

− Một HTTP Server như Apache hoặc IIS-Internet Information Server

− Phần mềm Mapserver (vai trò WebGIS Application)

− File khởi tạo (initialization file) dùng để cấu hình và tùy biến các thông số của ứngdùng Mapserver

− Một file text được gọi là mapfile, điều khiển các tương tác với dữ liệu Như lấy dữliệu gì, ở đâu, sắp xếp theo thứ tự như thế nào?

− Một template file được dùng để định dạng kết quả được trình bày trên cửa sổ trìnhduyệt

i Initialization file(file khởi tạo)

Mapserver “không có trạng thái ” nghĩa là mỗi khi http server nhận yêu cầu từclient thông qua URL thì http server sẽ gọi Mapserver và thực thi Bằng cách sử dụngfile khởi tạo ta định nghĩa các tham số cơ bản cần thiết để mapserver có thể được thựcthi

Thông qua chuỗi URL nhận được, sử dụng file khởi tạo này Mapserver biếtđược các tham số cơ bản này Các tham số này còn được Mapserver gửi trả kèm trongkết quả cho phía client

ii Mapfile

Mapfile định nghĩa dữ liệu sẽ được dùng như thế nào trong ứng dụng, cách hiểnthị và các tham số cho truy vấn Mapfile có thể xem như là một file cấu hình cho ứngdụng Mapfile có thể bao gồm cả thông tin về vẽ bản đồ như thế nào, ghi chú trên bản

đồ ra sao và vẽ kết quả của câu truy vấn Mapfile có phần mở rộng là.map

iii Template file

Template file điều kiển các hình bản đồ và các ghi chú trả về bởi Mapserver sẽxuất hiện trên trang html Cách làm của Mapserver như sau Trước hết Mapserver đọc

từ file template này và nếu gặp các từ khóa hoặc các từ mẫu thì nó sẽ nó sẽ thay thếcác giá trị tương ứng lấy từ chuỗi kết quả trả về, cuối cùng file html này được gửi vềcho trình duyệt Bởi vì template file sẽ được dùng để tạo ra một trang html nên thôngthường template file sẽ được lưu dưới dạng một trang html với phần mở rộng là.html

iv.GIS Dataset

Về dữ liệu Vector Mapserver sử dụng shapefile làm định dạng dữ liệu mặcđịnh Bên cạnh đó hầu hết các định dạng dữ liệu GIS phổ biến trên thê giới hiện nay.Mapserver đều có thể hiểu và tương tác được Như PostGIS, ArcGIS, MapInfo…vànhiều định dạng khác

Công cụ=Xác định

Lấy chỉ số đối tượng hình

Tính phạm vi bản dồ mới

Vẽ bản đồ

Truy vấn CSDL

Đếm số bản ghi

=0

=1

Hiển thị bản ghi

>1

Chọn 1 bản ghi

Hiển thị bản ghiChọn công

cụ

Trong Mapfile có nhiều đối tượng như MAP, PROJECTION, LAYER,CLASS…mỗi đối tượng định nghĩa cách thức tạo nên ảnh bản đồ hoặc đối tượng đểMapServer truy xuất dữ liệu cho các câu truy vấn.

Ví dụ:

Hình 6: Mô hình đối tượng trong MapfileTrong hình vẽ minh họa trên, ảnh bản đồ (đối tượng MAP) là sự chồng xếp dobốn layer tạo thành, trong đó có một layer sử dụng Raster (ảnh đồ họa) còn lại ba layerđược vẽ từ dữ liệu vectơ: polygon, line, Diễn giải…

Hình 7: Chồng xếp các LayerMỗi layer được vẽ, cần được chỉ ra nguồn dữ liệu (vectơ hay raster), hệ quy chiếucho mỗi layer loại đối tượng được vẽ (line, label, polygon…) Tất cả được định nghĩatrong từng đối tượng của mapfile

3.4.4.1 Map Object(Đối tượng bản đồ)

Trong file MapFile thì MAP chính là đối tượng gốc,chứa trong nó các đối tượngkhác

• CONFIG [key] [value]

Tham số này được dùng để định nghĩa vị trí đặt file EPSG dùng cho thư việnPROJ.4 [X]) Giá trị [key] là PROJ_LIB và [value] là đường dẫn đến EPSG file Tham

số ONFIG được thiết lập để tránh việc phải thiết lập biến môi trường PROJ_LIB đòihỏi quyền Admin.

• EXTENT [minx] [miny] [maxx] [maxy]

Không gian phạm vi của ảnh bản đồ được tạo ra Nếu giá trị EXTENT khôngđược gán thì MapServer cũng có thể nội suy ra một giá trị từ dữ liệu và vị trí trung tâmcủa ảnh bản đồ

• FONTSET [filename]

Tập tin liệt kê danh sách các font được dùng Định dạng rất đơn giản Mỗi dòngchứa hai thành phần: một bí danh và một là đường dẫn đến font được phân cách bằngkhoảng trắng Alias đơn giản là tên mà ta dùng để chỉ font này trong mapfile Các font

sử dụng được với MapServer là các True Font Type

• IMAGETYPE [gif|png|jpeg|wbmp|gtiff|swf|userdefined]

Định dạng ảnh bản đồ được tạo ra