Ứng dụng mã nguồn mở Thông Tin Địa Lý (Open GIS) (Open GIS) trong giảng dạy và nghiên cứu quản lý môi trường và tài nguyên thiên nhiên.

Tình hình nghiên cứu mã nguồn mở GIS• Nhiều trường ĐH trên thế giới cũng đã thực hiện các dự án mã nguồn mở như: – Học viện Kỹ Thuật Châu Á AIT nghiên cứu các hướng ứng dụng phần mềm mã

Ứng dụng mã nguồn mở Thông Tin

Nguyen Hieu Trung

Khoa Môi trường và Tài nguyên Thiên nhiên,

ĐH Cần Thơ

http://www.ctu.edu.vn/colleges/environment/

• Chỉ thị của Thủ Tướng CP số 04/2007/CT-TTg về việc tăng cường bảo

hộ quyền tác giả với chương trình máy tính Æ Tôn trọng bản quyền

phần mềm tại Việt Nam đã được nhìn nhận một cách nghiêm túc Æ

nhiệm vụ cho các bộ ngành, cơ quan phải thực hiện.

• Tài liệu hướng dẫn ít chưa mang tính hệ thống, hoặc thậm chí rất sơ sài

• Đa số các phần mềm chỉ tập trung xây dựng các công cụ nền tảng ban đầu

Æ Việc xây dựng các ứng dụng cụ thể do đó cần được đầu tư nghiên cứu thêm Nguồn nhân lực để ứng dụng và phát triển những phần mềm mã nguồn mở cũng đang là nhu cầu cấp thiết hiện nay ở Việt Nam.

Tình hình nghiên cứu mã nguồn mở GIS

• Nhiều trường ĐH trên thế giới cũng đã thực hiện các dự án mã nguồn

mở như:

– Học viện Kỹ Thuật Châu Á (AIT) nghiên cứu các hướng ứng dụng phần mềm mã nguồn mở GRASS, mã nguồn mở MapServer để xây dựng ứng dụng GIS chạy trên internet.

– Trường ĐH Minnesota đã xây dựng bộ công cụ mở MapServer để có thể đưa các bản đồ lên mạng

• Ở Việt Nam:

– Sở Khoa học Công nghệ TP Hồ Chí Minh

– Viện CNTT thuộc Trung tâm KHKT&CNQS/Bộ Quốc Phòng

– ĐH Bách Khoa TP Hồ Chí Minh.

ÆChưa có nhiều ứng dụng GIS mã nguồn mở trong giảng dạy và nghiên cứu về quản lý tài nguyên Hầu hết các trường đều sử dụng các phần mềm thương mại để giảng dạy cũng như thực hiện các dự án NCKH

– Giảm thiểu chi phí đầu tư cho phần mềm GIS.

– Tạo cơ sở cho việc học tập nghiên cứu và phát triển các ứng dụng sử dụng mã nguồn mở GIS.

– Ứng dụng mã nguồn mở GIS trong giảng dạy và nghiên cứu về lãnh vực quản lý tài nguyên thiên nhiên

Phương pháp

• Bước 1: Lược khảo các tài liệu, chọn ba bộ mã nguồn mở GIS thích hợp nhất

• Bước 2: Thử nghiệm ba bộ mã nguồn mở đã chọn.

• Bước 3: Xây dựng bài giảng và bài thực hành GIS có sử dụng mã nguồn mở.

• Bước 4: Xây dựng một ứng dụng về quản lý tài nguyên nước

bằng mã nguồn mở GIS Ứng dụng này có thể chạy được trên nền web.

Kết quả: Lựa chọn và đánh giá

• Có rất nhiều phần mềm mã nguồn mở GIS

Kết quả: Lựa chọn và đánh giá (tt)

Paul Ramsey, 2007

Tổng quan:

- Các thư viện chuẩn DLKG: OGR

(vector), GDAL (Raster), GML (XML),…

- Các hệ quản trị dữ liệu không gian:

PostGIS/Postgres, MyQSL Spatial

extensions…

- Các phần mềm desktop: QGIS, GRASS,

MapWinGIS, ILWIS,JUMP, GeoTool…

- Các công cụ hỗ trợ server: MapServer

(ĐH Minnesota), GeoServer…

- Các công cụ hỗ trợ phân tích không

gian: GRASS, R, SAGA…

Kết quả: Lựa chọn và đánh giá (tt)

• Tiêu chí chọn 3 bộ phần mềm mã nguồn mở:

– Có tính bền vững: cộng đồng người xây dựng chương trình mạnh, ít lỗi hoặc các lỗi được hiệu chỉnh nhanh chóng (nâng cấp thường xuyên).

– Tính phổ biến: nhiều cá nhân và tổ chức sử dụng

– Đáp ứng nhu cầu cho công tác giảng dạy và nghiên cứu quản lý môi trường

và tài nguyên thiên nhiên

• Phân tích không gian: chồng lớp bản đồ, phân tích khoảng cách, nội suy không gian,

xử lý ảnh.

• Vẽ bản đồ chuyên đề: vẽ bản đồ theo tính chất đối tượng

• Quản lý dữ liệu: liên kết các cơ sở dữ liệu.

• Chọn các công cụ hỗ trợ xây dựng trang webgis:

– Thiết kế giao diện: ka-map (hỗ trợ AJAX)

– Công cụ hỗ trợ map server: MapServer

– Hệ quản trị DLKG: PostGIS

Kết quả: Đánh giá các phần mềm destop

Viết tắt của “Hệ thống thôngtin quản lý tổng hợp về đất

và nước” (ILWIS) là phầnmềm GIS và viễn thám pháttriển bởi ITC, Hà Lan, gầnđây nhất là phiên bản 3.6 vàonăm 2009 ILWIS bao gồmmột bộ hoàn chỉnh về khảnăng xử lý hình ảnh, phântích không gian và vẽ bản đồ

số ILWIS chạy trên nềnWindows

Là một hệ thống thông tin địa lý

mã nguồn mở và là một giaodiện lập trình ứng dụng (API) được phân phối bởi tổ chứcMozilla Public License (MPL), được xây dựng dựa trên nềnMicrosoft Dot Net Framework 2.0 MapWinGIS chạy trên nềnWindows

Là một phần mềm GIS mã nguồn

mở có giao diện thân thiện vớingười sử dụng được giữ bảnquyền bởi GNU QGIS là một dự

án chính thức của tổ chức Open Source Geospatial Foundation (OSGeo) Nó chạy trên hệ điềuhành Linux, Unix, Mac OSX, vàWindows và hỗ trợ các tính năng

và định dạng cơ sở dữ liệu Phiênbản mới nhất là 1.0, tháng 5, 2009

Là một phần mềm GIS dùng

cho quản lý dữ liệu, xử lý

hình ảnh, tạo đồ họa, mô

hình không gian và mô tả

nhiều loại dữ liệu khác

Đây là phần mền mã nguồn

mở được đăng ký bản quyền

bởi General Public License

(GNU) GRASS chạy trên

hệ điều hành Linux, Unix,

và Windows Phiên bản mới

nhất 6.4, tháng 6, 2009

IWLIS MapWinGIS

QGIS (Quantum GIS) GRASS GIS

Giới thiệu chung:

Kết quả: Đánh giá các phần mềm destop (tt)

- Phân tích dữ liệu không gian và

mô hình hóa chuyên sâu

- Mô phỏng 3D với tính năngchỉnh sữa tổng hợp cho việc tối

ưu hóa hiện thị

- Hệ thống thư viện với rất nhiều

hệ tọa độ và hệ quy chiếu

- Phân tích thống kê địa lý vớiKriging nhằm tăng cường tínhnăng nội suy

- Quản lý dữ liệu chuyên sâu, lưutrữ dữ liệu nâng cao

- Hỗ trợ phân tích ảnh stereo (ảnhmáy bay 3 chiều)

- Hỗ trợ phân tich thủy lực, thủyvăn

- Hỗ trợ GPS

- Công cụ nội suy không gian

- Hỗ trợ việc thao tác, phântích và cho phép xem các

dữ liệu không gian địa lý

có định dạng chuẩn củaGIS

- Hỗ trợ công cụ vẽ bản đồ

- Hỗ trợ thư viện GIS API, ởdạng nguồn mở có thể lậptrình ứng dụng

- Hiển thị dữ liệu raster, hình ảnh với tốc độ cao

- Hỗ trợ PostgreSQL vàPostGIS, để quản lý dữ liệukhông gian

- Hỗ trợ truy xuất lênMapserver

- Hỗ trợ cho ESRI shapefiles vàcác định dạng vector được hổtrợ bởi thư viện OGR

- Hỗ trợ các định dạng raster cung cấp bởi thư viện GDAL

- Tích hợp các công cụ phântích của GRASS

QGIS (Quantum GIS) GRASS GIS

Khả năng quản lý và phân tích số liệu

- Giao diện thân thiện (giốngArcView và MapInfo), dễ sửdụng.

- Hỗ trợ giao diện đồ họa chocác công cụ của GRASS

- Dung lượng tập tin nhỏ hơn so với của GRASS GIS, tốc độ

xử lý nhanh

- Xác lập dữ liệu ban đầu đơngiản

- Hơi khó sử dụng đối với

những người mới bắt đầu

làm việc với GIS

- Hỗ trợ khung nhập lệnh

(dùng cho chuyên gia)

- Các version mới có cải tiến

hơn về giao diện tuy nhiên

vẫn còn nhiều nhược điểm

- Xác lập dữ liệu ban đầu cho

GRASS khá phức tạp:

Location, Mapset,…

IWLIS MapWinGIS

QGIS GRASS GIS

Kết quả: Đánh giá các phần mềm destop (tt)

Tính dễ sử dụng

Kết quả: Đánh giá các phần mềm destop (tt)

- Hỗ trợ nhập/xuất các chuẩn

dữ liệu GDAL/OGRcủaOGC nên dễ dàng chia sẻ dữliệu

- Các dữ liệu từ các phần mềmGIS khác phải được chuyểnthành dữ liệu của ILWIS để

có thể phân tích và thể hiện

- Hỗ trợ truy cập WMS

- Kết hợp với các phần mềm thủylực và phần mềm quản lý môitrường như BASINS và SWAT (Mỹ)

- Xử lý trực tiếp các số liệu của cácphần mềm GIS khác mà khôngcần chuyển đổi

- Hỗ trợ truy cập WMS

- Có khả năng kết hợp với cácphần mềm mở khác của GIS, bao gồm MapInfo, PostGIS, GRASS, C++, Python vàMapServer nhằm cung cấpcho người sử dụng thêmnhiều chức năng chuyên sâu

- Xử lý trực tiếp các số liệucủa các phần mềm GIS khác

mà không cần chuyển đổi

- Hỗ trợ truy cập WMS

- GRASS hỗ trợ nhập/xuất

(import/export) các chuẩn dữ

liệu GDAL/OGRcủa OGC

nên dễ dàng chia sẻ dữ liệu

- Các dữ liệu từ các phần mềm

GIS khác phải được chuyển

thành dữ liệu của GRASS để

có thể phân tích và thể hiện

- Hỗ trợ truy cập WMS (web

map server)

IWLIS MapWinGIS

QGIS GRASS GIS

Khả năng nối kết và chia sẻ dữ liệu

Kết quả: Đánh giá các phần mềm destop (tt)

- Được ứng dụng cho nhiềulĩnh vực nghiên cứu vềkhoa học trái đất, môitrường và quản lý tàinguyên thiên nhiên Đặcbiệt là trong việc phân tíchcác vấn đề về tài đất đai vàtài nguyên nước

- IWLIS hướng đến nhiềuđối tượng ứng dụng khácnhau

- Sử dụng chuyên nghiệp cholĩnh vực môi trường ở tất cảcác mức độ quản lý ở Mỹ vàtrên toàn thế giới

- Áp dụng ở các trường đại học

ở Mỹ và nhiều tổ chức chínhphủ, tổ chức phi lợi nhuận vàcác tổ chức thương mại hóatrên toàn thế giới

- Thành phần chính củaMapWinGIS là ActivexControl, MapWinGis.ocx cóthể được sử dụng trong Visual Basic hay bất kỳ ngôn ngữ nào

có hổ trợ Activex (như C#, Microsoft Access, Microsoft Excel)

- Bộ thư viện MapWinGISActivex control được tạo ra vớiMicrosoft Visual C++ và tươngthích với tất cả các ngôn ngữlập trình, có thể làm việc vớiđối tượng OLE

- Hỗ trợ 14 ngôn ngữ khác nhau

- Được đưa vào sử dụng trongmôi trường học thuật và chuyênnghiệp trên toàn thế giới HiệnQGIS được sử dụng bởi cáccông ty lớn như Adobe, ARM, Boeing, Bosch, ChevronTexaco, Daimler Chrysler, Deutsche Telekom, Earth Decision Sciences, HP, IBM, Lockheed Martin, Michelin, NASA, NEC, Pioneer, Scania, Sharp, Shell, Siemens, Skype, Sony, STN-Atlas

- Ngày càng phổ biến hơn vì có

hỗ trợ các công cụ của GRASS

- QGIS cũng cho phép người sửdụng phát triển nhiều công cụphân tích để nhúng vào nó (pludin)

- QGIS được viết bằng C++ vàPython và có thể chạy trênnhiều hệ điều hành như Linux, Unix, Window…

- Hiện đang được sử dụng trong

môi trường học thuật và thương

mại trên toàn thế giới cũng như

nhiều tổ chức quản lý bao gồm

NASA, NOAA, USDA, DLR,

CSIRO, các vườn quốc gia, bộ

thống kê dân số Hoa Kỳ, USGS,

và nhiều công ty tư vấn môi

trường khác

- Cộng đồng phát triển GRASS

bao gồm nhiều cá nhân, viện,

trường lớn trên thế giới, đặc biệt

là từ Mỹ

- GRASS được viết bằng C và

Python và có thể chạy trên

nhiều hệ điều hành Unix, Linux

và Windows…

- GRASS có độ tin cậy cao, nhận

được giải thưởng phần mềm

chất lượng từ Hiệp hội hệ thống

thông tin vùng và đô thị

(URISA)

IWLIS MapWinGIS

QGIS GRASS GIS

Tính phổ dụng và xu hướng phát triển:

Kết quả: Đánh giá các phần mềm destop (tt)

- Hỗ trợ trực tuyến rất mạnh, tài liệu hướng dẫn

sử dụng chuyên sâu cho

25 trường hợp nghiên cứu

sử dụng thực tế khác nhau Các tài liệu hướng dẫn có thể tìm được trong: http://52north.org/

http://www.mapwindow.org/phorum

- Hướng dẫn sử dụng và cài đặt tại địa chỉ website

http://www.qgis.org/documentation/manuals.html

- Sách bài tập của Gary Sherman địa chỉ website:

http://www.qgis.org/documentation/workshops.html

- Diễn đàn QGIS tại địa chỉwebsite http://forum.qgis.org

- GRASS Cung cấp một thư viện

GIS đồ sộ

- Tài liệu về GRASS được trình

bày ở Documentation Project

- Chương trình/cài đặt (sưu tập các

tài liệu về cài đặt và lập trình

QGIS GRASS GIS

Nguồn tài liệu

Nhận xét – đánh giá chung về các phần mềm desktop

• GRASS GIS được sử dụng khá phổ biến nhờ khả năng phân tích nâng cao dữ liệu raster và vector, giao diện được cải tiến ngày càng thân thiện hơn Tuy nhiên, GRASS được xem là tương đối khó sử dụng đối với những người mới bắt đầu làm việc với GIS (Paolo, 2007)

• So với GRASS GIS, QGIS mặc dầu ít phổ biến hơn nhưng QGIS khá dễ sử dụng đối với nhưng người mới bắt đầu QGIS ngày càng phổ biến hơn do có khả năng nối kết mạnh với GRASS GIS (Paolo, 2007)

• MapWin GIS đòi hỏi người dùng kiến thức nâng cao về tinh học để có thể khai thác hết các khả năng mà phần mềm có thể hỗ trợ

• ILWIS được xây dựng với mục đích phục vụ cho các ứng dụng chuyên sâu trong lĩnh vực quản lý nước và đất ILWIS hỗ trợ rất tốt cho phân tích thống kê không gian và các thuật tóan phân tích trên raster ILWIS cũng dễ sử dụng hơn GRASS GIS.

• Chưa có khảo sát chính thức nào được công bố về khả năng sử dụng của

phần mềm nào là tối ưu cho tất cả mọi đối tượng và mọi ứng dụng.

Nhận xét – đánh giá chung về các phần mềm desktop (tt)

Æ Để phục vụ công tác giảng dạy nên chọn QGIS + GRASS để giúp sinh viên hiểu về dữ liệu không gian: raster,vector; WMS; phân tích không gian cơ bản như chồng lớp bản đồ, vùng đệm, thống kê không gian

Æ Để phục vụ nghiên cứu ứng dụng sâu, chọn ILWIS và GRASS GIS;

Æ Để phát triển ứng dụng, chọn MapWinGIS

Trong khuôn khổ nghiên cứu này chúng tôi tập trung nghiên cứu sâu 3 phần mềm QGIS, ILWIS và GRASS để xây dựng bài thực hành môn ưng dụng GIS trong quản lý tài nghuyên môi trường:

Một số ví dụ ứng dụng thực tế

Ứng dụng QGIS và GRASS trong phân tích ngập lũ

Một số ví dụ ứng dụng thực tế

Một số ví dụ ứng dụng thực tế

• Thống kê bản đồ Raster bằng ILWIS: Thống kê diện tích che phủ thực vật

• Thống kê không gian bằng ILWIS: Phân vùng đồng mức

Một số ví dụ ứng dụng thực tế (tt)

• Phân loại ảnh vệ tinh (RS) bằng ILWIS

Một số ví dụ ứng dụng thực tế (tt)

• Tính toán bản đồ (Map Calculation) bằng ILWIS

– Tính hệ số thực vật: NDVI = (nir band – red band)/(nir band + red band)

Một số ví dụ ứng dụng thực tế (tt)

Kết quả: xây dựng trang Webgis QL Nước ĐBSCL

Máy khách (client)

Máy chủ (server)

Truy vấn trên giao diện website

Cập nhật truy vấn lên giao diện website

CGI MapServer

Tập tin Map

Tập tin Map

Spatial Database ( PostGIS PostgresQL)

Spatial Database ( PostGIS PostgresQL)

Kết quả: xây dựng trang Webgis QL Nước ĐBSCL

Quản lý cơ sở dữ liệu không gian trên PostGIS

Kết quả: xây dựng trang Webgis QL Nước ĐBSCL

Qui trình nhập và truy vấn DLKG trên PostGIS

Kết quả: xây dựng trang Webgis QL Nước ĐBSCL

Tạo file dữ liệu không gian trên PostGIS

&service=wms&version=1.3.0&request=getmap&layers=ag1,ag5,ag6,ag3,ag4,ag2&srs=epsg:32648&styles=&bbox=454111.53,1 121366.70,590341.67,1216667.26&width=1000&height=700&format=PNG

Kết quả: xây dựng trang Webgis QL Nước ĐBSCL

Xuất kết quả truy vấn dữ liệu PostGIS lên giao diện IE

Truy xuất WMS Điều khiển

về tọa độ, chú thích và in ấn

Giao diện trang WebGIS

QL TN Nước ĐBSCL

Tìm thông tin các đối tượng theo điểm hoặc vùng chữ nhật.

Kết quả: xây dựng trang Webgis QL Nước ĐBSCL

Vẽ biểu đồ quan hệ mưa và bốc hơi

Kết quả: xây dựng trang Webgis QL Nước ĐBSCL

Kết luận và kiến nghị

• Đề tài đã thực hiện đúng tiến độ và hoàn thành các sản phẩm đã đề ra.

– Phân tích đánh giá các phần mềm mã nguồn mở Æ 3 phần mềm đưa vào sử dụng trong quản lý tài nguyên môi trường: QGIS + GRASS, ILWIS

– Xây dựng bài thực hành ứng dụng GIS trong QLTNMT

– Xây dựng trang webgis quản lý nước bằng các phần mềm mã nguồn mở.

• Biên tập: QGIS

• Quản lý dữ liệu: PostGIS

• Giao diện: Ka-map

– Sản phẩm:

• Thực hành (hướng dẫn sử dụng QGIS+GRASS, ILWIS)

• Bài báo cáo khoa học (sẽ báo cáo ở HT GIS ở Huế tháng 10 năm 2009)

• Bài báo KH (sẽ gởi tạp chí KH ĐHCT trong số tới)

• Báo cáo phân tích ưu nhược điểm các phần mềm mã nguồn mở

• Trang webgis đã được đưa lên mạng: http://ctgis.ctu.edu.vn/mekong/

• Kiến nghị:

– Nghiên cứu các thư viện mã nguồn mở để có thể xây dựng

các ứng dụng cụ thể theo nhu cầu.

– Đầu tư thêm thời gian và kinh phí để xây dựng trang webgis hoàn thiện hơn.

– GIS mã nguồn mở ngày càng phát triển theo chiều hướng kết hợp giữa các phần mềm với nhau ví dụ như QGIS+GRASS+R

Æ cần nghiên cứu ứng dụng của phần mềm thống kê rất

mạnh là R (Hình trang sau).

Kết luận và kiến nghị

Các công cụ phân tích không

gian Chạy ở máy chủ để