ỨNG DỤNG GIS PHỤC vụ CÔNG tác QUẢN lý một số đối TƢỢNG hạ TẦNG MẠNG VIỄN THÔNG TRÊN địa bàn TỈNH LONG AN

Về mặt quản lý nhà nước, việc quản lý hạ tầng viễn thông bao gồm: hướng dẫn cho các doanh nghiệp viễn thông xây dựng các công trình hạ tầng viễn thông, xây dựng chương trình, kế hoạch th

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN



NGUYỄN THANH TUẤN

ỨNG DỤNG GIS PHỤC VỤ CÔNG TÁC QUẢN

LÝ MỘT SỐ ĐỐI TƯỢNG HẠ TẦNG MẠNG VIỄN THÔNG TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH LONG AN

LUẬN VĂN CAO HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Mã số: 60 48 02 01

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS Nguyễn Gia Tuấn Anh

TP HỒ CHÍ MINH – Năm 2016

Lời cảm ơn

Lời đầu tiên, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quí thầy cô bộ môn Khoa Học và Kỹ Thuật Thông Tin của trường Đại học Công Nghệ Thông Tin - Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu để hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Tôi xin chân thành cảm ơn đến Sở Thông Tin Truyền Thông tỉnh Long An, các anh, chị phòng Bưu Chính Viễn Thông, các bạn đồng nghiệp thuộc Trung tâm Công nghệ Thông tin và Truyền thông đã giúp đỡ, tạo điều kiện và cung cấp số liệu, tài liệu cần thiết cho việc nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Gia Tuấn Anh đã dành nhiều thời gian, tâm huyết để trực tiếp hướng dẫn tận tình và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu đề tài và hoàn chỉnh luận văn Thạc sĩ chuyên ngành Công Nghệ Thông Tin

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên, khích

lệ, chia sẽ, giúp đỡ và đồng hành cùng tôi trong cuộc sống cũng như quá trình học tập và nghiên cứu

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 8 năm 2016

Tác giả luận văn

Nguyễn Thanh Tuấn

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn khoa học của TS Nguyễn Gia Tuấn Anh Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây

Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được ghi rõ nguồn gốc

Tác giả luận văn

Nguyễn Thanh Tuấn

Mục lục

XÁC NHẬN CỦA ĐƠN VỊ 2

ỨNG DỤNG SẢN PHẨM 2

Lời cảm ơn 3

Danh mục các bảng 5

Danh mục các hình vẽ, đồ thị 6

MỞ ĐẦU 8

Tình hình chung 8

Tính khoa học và tính mới của đề tài 10

Mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu 11

Chương 1 TỔNG QUAN 13

1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 13

1.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước: 17

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 18

2.1 Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý 18

2.1.1 Định nghĩa 18

2.1.2 Các thành tố của hệ thống thông tin địa lý (GIS) 18

2.1.3 Chức năng của hệ thống thông tin địa lý 20

2.2 Tổng quan về WebGIS 23

2.2.1 Khái niệm 23

2.2.2 Kiến trúc WebGIS 24

2.3 Tổng quan về MapServer 29

2.3.1 Giới thiệu MapServer 29

2.3.2 Các thành phần của Mapserver 30

2.3.3 Cách hoạt động của Mapserver 32

2.4 Tổng quan về PosgreSQL 33

2.4.1 Khái quát về PostgreSQL 33

2.4.2 Giới thiệu về POSTGIS 34

2.5 Thiết kế mô hình cơ sở dữ liệu GIS 35

2.5.1 Mô hình thế giới thực trong GIS 35

2.5.2 Biểu diễn mô hình vector trong ArcGIS 41

2.5.3 Các ưu điểm của mô hình Geodatabase: 42

2.6 Các hệ tọa độ và cách chuyển đổi các hệ tọa độ 43

2.3.1 Một số hệ toạ độ thường dùng ở Việt Nam 43

2.3.2 Công thức áp dụng chuyển đổi giữa 2 hệ tọa độ 44

Chương 3 HIỆN TRẠNG PHÁT TRIỂN HẠ TẦNG VIỄN THÔNG TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH LONG AN 46

3.1 Hiện trạng hạ tầng viễn thông 46

3.1.1 Công trình viễn thông quan trọng liên quan đến an ninh quốc gia 46

3.1.2 Điểm cung cấp dịch vụ viễn thông công cộng 46

3.1.3 Cột ăng ten 48

3.1.4 Cột treo cáp, công trình hạ tầng kỹ thuật ngầm 51

3.2 Đánh giá chung về hiện trạng hạ tầng kỹ thuật viễn thông trên địa bàn tỉnh Long An 54

3.2.1 Điểm mạnh 54

3.2.2 Điểm yếu 54

3.2.3 Thời cơ 55

3.2.4 Thách thức 55

Chương 4 XÂY DỰNG ỨNG DỤNG QUẢN LÝ MỘT SỐ ĐỐI TƯỢNG HẠ TẦNG VIỄN THÔNG TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH LONG AN 56

4.1 Các bước thực hiện 56

4.2 Xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ 56

4.1.1 Thu thập dữ liệu bản đồ 56

4.1.2 Sử dụng Arcgis biên tập bản đồ 58

4.1.3 Chuyển đổi dữ liệu từ Acrmap sang PostGis 62

4.1.4 Mô hình cơ sở dữ liệu đối tượng của hệ thống 65

4.3 Xây dựng ứng dụng quản lý các đối tượng hạ tầng viễn thông 72

4.2.1 Các đối tượng quản lý chính của chương trình 72

4.2.2 Giao diện chính của chương trình 72

4.2.3 Nhóm chức năng trực quan hóa 73

4.2.4 Nhóm chức năng phân tích không gian 76

4.2.5 Nhóm chức năng truy vấn theo thời gian 81

4.2.6 Nhóm chức năng cơ bản 82

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 92

5.1 Đánh giá 92

5.2 Kết luận 92

5.3 Kiến nghị 92

T I LIỆU THAM KHẢO 94

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt

HTTTĐL Hệ thống thông tin địa lý

GIS Geographic Information System

WGS84 World Geodetic System 1984

BTS Base Transceiver Station (trạm thu phát sóng di động)

Danh mục các bảng

Bảng 1: So sánh các ứng dụng đã phát triển 17

Bảng 2: Khả năng của hệ quản trị cơ sở dữ liệu PostgreSQL 33

Bảng 3: Các phần mềm hỗ trợ PostGIS (nguồn: internet) 35

Bảng 4: Bảng so sánh giữa mô hình vector và mô hình raster 40

Bảng 5: Hiện trạng điểm cung cấp dịch vụ viễn thông công cộng có người phục vụ (Loại Đ1) 47

Bảng 6: Hiện trạng cột ăng ten của các doanh nghiệp viễn thông 49

Bảng 7: Hiện trạng cột ăng ten phục vụ nhiệm vụ chính trị, an ninh, quốc phòng 50

Bảng 8: Hiện trạng các trạm thu phát sóng di động 51

Bảng 9: Hiện trạng hệ thống cột treo cáp 52

Bảng 10: Hiện trạng hệ thống cống, bể ngầm 53

Bảng 11: Danh mục các Feature Class 60

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Hình 1: giao diện ứng dụng GIS cho ngành Thông tin và Truyền thông gMIC được

phát triển bởi eKGis triển khai tại Huế [14] 14

Hình 2: giao diện Phần mềm quản lý mạng viễn thông của Trung tâm Công nghệ Thông tin Địa lý (DITAGIS) [15] 15

Hình 3: giao diện Phần mềm quản lý Trạm phát sóng di động - BTS của Công ty Cổ phần Tin học - Bản đồ Việt Nam [16] 16

Hình 4: Các nhóm chức năng của GIS [3] 21

Hình 5: Mô hình WebGIS đơn giản [11] 24

Hình 6: Mô hình các bước xử lý dữ liệu của WebGIS (nguồn: internet) 27

Hình 7: Ví dụ một map file 31

Hình 8: Ví dụ một template file 32

Hình 9: Sơ đồ hoạt động của mapserver [3] 32

Hình 10: Các dạng tồn tại của đối tượng[1] 36

Hình 11: Dữ liệu không gian được hiển thị trong ArcGIS 36

Hình 12: Dữ liệu thuộc tính hiển thị trong ArcGIS 37

Hình 13: Mô hình dữ liệu vector (nguồn: internet) 37

Hình 14: Các thành phần hình học cơ sở của mô hình Vector (nguồn: internet) 37

Hình 15: Biểu diễn cấu trúc dữ liệu vector – Điểm (nguồn: internet) 38

Hình 16: Biểu diễn cấu trúc dữ liệu vector – Đường (nguồn: internet) 38

Hình 17: Biểu diễn cấu trúc dữ liệu vector – Vùng (nguồn: internet) 39

Hình 18: Biểu diễn cấu trúc dữ liệu raster (nguồn: internet) 39

Hình 19: Các định dạng dữ liệu không gian được hỗ trợ bởi phần mềm ArcGIS (nguồn: ESRI) 41

Hình 20: Mối quan hệ không gian trong Feature Dataset (nguồn: internet) 42

Hình 21: Cấu trúc dữ liệu Geodatabase (nguồn: internet) 43

Hình 22: Bản đồ quy hoạch sử dụng đất đến năm 2020 tỉnh Long An 56

Hình 23: Hiện trạng hạ tầng mạng thông tin di động của Chi nhánh Viettel Long An 57

Hình 24: Quy hoạch các khu vực, tuyến đường được hoặc không được lắp đặt cột ăng ten 58

Hình 25: Tạo mới một Geodatabase 58

Hình 26: Tạo mới một Feature Dataset 58

Hình 27: Tạo mới một Feature Class 59

Hình 28: Load dữ liệu không gian cho các Feature Class 60

Hình 29: Chuẩn hóa dữ liệu thuộc tính của các trạm BTS 61

Hình 30: Tạo mới bảng dữ liệu 61

Hình 31: Thể hiện dữ liệu bản đồ thành các layer 62

Hình 32: Export dữ liệu từ Acrmap sang GeoDatabase 63

Hình 33: Sử dụng công cụ OSGeo4W chuyển đổi dữ liệu từ GeoDatabase sang

PostGIS 64

Hình 34: Sử dụng công cụ QGis để chỉnh sửa giao diện hiển thị của bản đồ 64

Hình 35: Mô hình cơ sở dữ liệu đối tượng 65

Hình 36: Giao diện chính 72

Hình 37: Giao diện thể hiện các lớp bản đồ 73

Hình 38: Giao diện xem thông tin đối tượng 74

Hình 39: Giao diện đo khoảng cách 2 đối tượng 74

Hình 40: Tính diện tích trên bản đồ 75

Hình 41: Tìm kiếm đối tượng trên bản đồ 75

Hình 42: Thêm mới đối tượng trên bản đồ 76

Hình 43: Phân tích không gian 76

Hình 44: Quy trình thực hiện bài toán 77

Hình 45: Quy trình thực hiện bài toán 78

Hình 44: Giao diện chọn và tải tập tin cần nhập liệu 79

Hình 45: Giao diện kiểm tra số liệu xin cấp phép 79

Hình 46: Giao diện cập nhật số liệu xin cấp phép 80

Hình 47: Giao diện Thống kê phân bố trạm BTS theo vùng 81

Hình 48: Tra cứu lịch sử sửa chữa các trạm BTS 81

Hình 49: Giao diện chỉnh sửa thông tin đối tượng 82

Hình 50: Giao diện Thống kê số liệu trạm BTS 83

Hình 51: Giao diện Thống kê quy hoạch cột ăng ten theo tuyến đường 84

Hình 52: Giao diện Thống kê quy hoạch cột ăng ten theo vùng 85

Hình 53: Giao diện Thống kê ngầm hóa cáp viễn thông 86

Hình 54: Giao diện Thống kê quy hoạch cáp viễn thông 87

Hình 55: Giao diện Thống kê điểm cung cấp dịch vụ viễn thông công cộng 88

Hình 56: Giao diện Thống kê quy hoạch điểm cung cấp dịch vụ viễn thông công cộng 89

Hình 57: Giao diện Thống kê quy hoạch không lắp đặt cột ăng ten cồng kềnh theo tuyến đường 90

Hình 58: Giao diện Thống kê quy hoạch không lắp đặt cột ăng ten cồng kềnh theo vùng 91

MỞ ĐẦU

Tình hình chung

Công trình viễn thông là công trình xây dựng, bao gồm hạ tầng kỹ thuật viễn thông (nhà, trạm, cột, cống, bể) và thiết bị mạng được lắp đặt vào đó Cơ sở hạ tầng viễn thông là tập hợp thiết bị viễn thông, đường truyền dẫn, mạng viễn thông và công trình viễn thông

Về mặt quản lý nhà nước, việc quản lý hạ tầng viễn thông bao gồm: hướng dẫn cho các doanh nghiệp viễn thông xây dựng các công trình hạ tầng viễn thông, xây dựng chương trình, kế hoạch thực hiện ngầm hóa mạng cáp viễn thông, phát thanh, truyền hình theo quy định; đúng quy chuẩn kỹ thuật về xây dựng và lắp đặt công trình viễn thông, đặc biệt là mạng ngoại vi (ăng ten, cáp, đường dây thuê bao ); kiểm tra an toàn bức xạ vô tuyến điện đối với các đài, trạm vô tuyến điện thuộc danh mục bắt buộc kiểm định trước khi đưa vào sử dụng; quản lý việc sử dụng chung cơ sở hạ tầng kỹ thuật nhằm tiết kiệm quỹ đất, nâng cao hiệu quả đầu

tư, rút ngắn thời gian triển khai thực hiện và bảo vệ môi trường

Sở Thông tin và Truyền thông là cơ quan chuyên môn thuộc Ủy ban nhân dân tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương có chức năng tham mưu, giúp Ủy ban nhân dân cấp tỉnh thực hiện quản lý nhà nước về: báo chí; xuất bản; bưu chính và chuyển phát; viễn thông và Internet; truyền dẫn phát sóng; tần số vô tuyến điện; công nghệ thông tin, điện tử; phát thanh và truyền hình; cơ sở hạ tầng thông tin truyền thông; quảng cáo trên báo chí, mạng thông tin máy tính và xuất bản phẩm; các dịch vụ công thuộc phạm vi quản lý của Sở; thực hiện một số nhiệm vụ, quyền hạn theo sự phân cấp, ủy quyền của Ủy ban nhân dân cấp tỉnh và theo quy định của pháp luật Trong lĩnh vực viễn thông, Sở thông tin và truyền thông chịu trách nhiệm hướng dẫn, kiểm tra, chỉ đạo các doanh nghiêp viễn thông triển khai công tác bảo đảm an toàn và an ninh thông tin trên địa bàn; kiểm tra việc thực hiện các quy định

về giá cước, tiêu chuẩn, chất lượng trong lĩnh vực viễn thông và Internet trên địa bàn tỉnh theo quy định của pháp luật; hỗ trợ các doanh nghiệp viễn thông hoàn thiện các thủ tục xây dựng cơ bản để xây dựng các công trình viễn thông phù hợp với quy hoạch phát triển của địa phương và theo quy định của pháp luật;…

Tuy nhiên, với tình hình hạ tầng viễn thông phát triển rất nhanh chóng và rộng khắp nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế, xã hội, và cung cấp các dịch vụ viễn thông ngày càng đa dạng và phong phú đồng thời nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả phục vụ như hiện nay, công tác quản lý, quy hoạch và phát triển hạ tầng viễn thông trên điạ bàn tỉnh hiện nay còn gặp một số khó khăn sau:

+ Các dữ liệu chuyên ngành hiện tại chỉ được lưu giữ chủ yếu dưới dạng các văn bản, chưa hệ thống hóa thành một cơ sở dữ liệu thống nhất, việc thành lập và quản lý các dữ liệu của ngành theo phương pháp thủ công bằng văn bản giấy

+ Mỗi doanh nghiệp viễn thông có cơ sở hạ tầng viễn thông riêng biệt do đó việc xử lý đồng bộ và kết hợp thông tin về hạ tầng viễn thông của các doanh nghiệp lại với nhau chưa thực hiện được nên gây hạn chế trong việc quản lý, quy hoạch, và

sử dụng chung cơ sở hạ tầng viễn thông giữa các doanh nghiệp, cơ quan, tổ chức

+ Không có cơ sở dữ liệu nền chung, thống nhất để lưu trữ và quản lý tất cả các thông tin nên việc cập nhật, thống kê, xử lý thông tin còn nhiều hạn chế và tốn thời gian

+ Tính an toàn và bảo mật dữ liệu kém, dễ bị hư hỏng, mất cắp, hỏa hoạn… + Hiện tại chưa có công cụ nào hỗ trợ tốt trong việc kết hợp các thông tin về mạng lưới, thông tin về hiện trạng, thông tin về quy hoạch, thông tin về nhu cầu…lại với nhau và các thông tin này chưa được gắn liền với bản đồ số nên gây ra khó khăn trong công tác quy hoạch, quản lý việc phát triển hạ tầng viễn thông trên địa bàn tỉnh Từ đó đã kéo theo sự hạn chế, chậm trễ trong công tác phê duyệt, thi công, thanh tra, kiểm tra…các công trình có liên quan đến hạ tầng viễn thông trên địa bàn tỉnh

Tất cả các vấn đề trên có thể được giải quyết bằng cách xây dựng một mô hình hệ thống thông tin địa lý (GIS) để quản lý hạ tầng viễn thông Hệ thống GIS là một trong những công nghệ mới, hiện đại được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành, nhiều lĩnh vực ở khắp nơi trên thế giới nhằm hiện đại hóa công tác quản lý,

xử lý, phân tích, quy hoạch và tăng cường năng lực công tác cho bộ máy hành chính Mặc khác việc ứng dụng CNTT trong công tác quản lý đang là xu hướng tất yếu của các đơn vị quản lý Nhà nước, đặc biệt là quản lý chuyên ngành cấp sở, ban

ngành Vì vậy việc phát triển ứng dụng GIS để phục vụ tốt, hiệu quả hơn cho công tác quản lý hiện trạng và quy hoạch phát triển hạ tầng mạng lưới viễn thông trên địa bàn tỉnh là điều hết sức cần thiết

Tính khoa học và tính mới của đề tài

 Tính khoa học:

Đề tài hỗ trợ lưu trữ dữ liệu không gian về hạ tầng mạng viễn thông trên địa

bàn tỉnh Long An (tập trung chủ yếu vào dữ liệu các trạm thu phát sóng di động, các hệ thống cáp ngầm hóa, các điểm cung cấp dịch vụ viễn thông…)

Đề tài sử dụng công nghệ đánh chỉ mục GiST (Generalized Search Tree) của

hệ quản trị cơ sở dữ liệu PostgreSQL, hỗ trợ tìm kiếm thông tin nhanh hơn

Đề tài tích hợp dữ liệu bản đồ địa giới hành chính tỉnh Long An, giúp hiển thị dữ liệu trực quan hơn

Đề tài ứng dụng các hàm phân tích không gian trong PostGIS

Đề tài hỗ trợ bảo mật dữ liệu tốt hơn cách bảo quản dữ liệu truyền thống (lưu trữ dữ liệu trên giấy, trên tập tin….)

 Tính mới:

Đã có rất nhiều tỉnh thành, địa phương trong nước thực hiện việc ứng dụng GIS để quản lý hạ tầng viễn thông, tuy nhiên, đến thời điểm này, tại Long An vẫn chưa xây dựng được một hệ thống phần mềm nào để quản lý vấn đề này Đề tài sẽ xây dựng được một mô hình hệ thống thông tin địa lý để quản lý một số đối tượng của hạ tầng viễn thông trên địa bàn tỉnh Long An tập trung chủ yếu vào 3 đối tượng chính: các trạm thu phát sóng di động, các hệ thống cáp ngầm hóa, các điểm cung cấp dịch vụ viễn thông công cộng; tạo ra một cơ sở dữ liệu về hạ tầng viễn thông của 3 đối tượng trên, giúp lãnh đạo có cái nhìn trực quan, thuận lợi trong công tác quy hoạch, quản lý việc phát triển hạ tầng viễn thông trên địa bàn tỉnh Long An

Đề tài là kết quả vận dụng các kiến thức đã học về GIS (chương trình cao học) kết hợp với các kiến thức về hệ thống thông tin (chương trình đại học) để xây

dựng ứng dụng

Đề tài hỗ trợ hiển thị dưới dạng đồ họa tăng tính trực quan hóa

Đề tài thành công sẽ mở ra một định hướng phát triển mới trong việc ứng dụng GIS quản lý các hệ thống thông tin trong tỉnh trên nền bản đồ, giúp thuận lợi trong công tác quản lý nhà nước, quy hoạch và phát triển hạ tầng trong tỉnh

Mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu

 Mục tiêu:

+ Đưa ứng dụng GIS vào công tác quản lý và quy họach phát triển một số đối tượng của hạ tầng viễn thông trên địa bàn tỉnh nhằm nâng cao năng lực quản lý chuyên ngành, đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao của công tác quản lý hành chính nhà nước

+ Nghiên cứu mô hình quản lý hạ tầng viễn thông trên nền tảng GIS có tính

hệ thống, khoa học và trực quan

+ Tạo một cơ sở dữ liệu đáp ứng được nhanh chóng nhu cầu thông tin về hạ tầng viễn thông trên địa bàn tỉnh nhằm phục vụ cho công tác quản lý, quy hoạch được hiệu quả

+ Hỗ trợ việc theo dõi, quản lý phát triển hạ tầng mạng viễn thông cho:

trực quan về tình hình phân bố mạng lưới hạ tầng viễn thông trên địa bàn tỉnh, từ đó đưa ra các định hướng quy hoạch, phát triển, kiểm tra, quản lý các hạ tầng viễn thông hiện có và các công trình viễn thông sắp xây dựng

của các điểm cung cấp dịch vụ viễn thông, các hệ thống đường ống dẫn cáp đã ngầm hóa để tham mưu các cấp lãnh đạo việc quy hoạch, phát triển, kiểm tra, quản lý

 Các doanh nghiệp viễn thông: nắm bắt được tình hình phân bố và hiện

trạng các công trình viễn thông hiện có, từ đó đưa ra kế hoạch bảo trì và quy hoạch phát triển hạ tầng mạng viễn thông nhằm đáp ứng tốt nhất cho nhu cầu người dân, mang lại hiệu quả đầu tư cho doanh nghiệp

 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu:

+ Hệ thống các trạm thu phát sóng di động (BTS) trên địa bàn tỉnh Long An

+ Hệ thống các tuyến truyền dẫn quang đã được ngầm hóa trên địa bàn tỉnh Long An

+ Hệ thống các điểm cung cấp dịch vụ viễn thông công cộng trên địa bàn tỉnh Long An

 Khả năng mở rộng:

+ Hệ thống có khả năng mở rộng để quản lý các đối tượng khác trong lĩnh vực thông tin truyền thông, nông nghiệp, y tế, giáo dục… để phục vụ công tác quản lý hành chính nhà nước

+ Hệ thống có khả năng tích hợp với hệ thống chính quyền điện tử dự kiến sẽ triển khai trên địa bàn tỉnh Long An

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Tại Việt Nam, công nghệ GIS cũng được thí điểm khá sớm, từ cuối thập niên

80 và đến nay GIS được ứng dụng trong nhiều ngành, phổ biến như quy hoạch nông, lâm nghiệp, quản lý rừng, lưu trữ tư liệu địa chất, đo đạc bản đồ, địa chính, quản lý giao thông Riêng lĩnh vực ứng dụng GIS quản lý hạ tầng viễn thông bước đầu đã được một số đơn vị, công ty đưa vào sử dụng, tiêu biểu như:

- Phần mềm quản lý số liệu bưu chính, viễn thông, công nghệ thông tin –

Mictsoft được thiết kế và phát triển bởi Trung tâm CNTT-TT Quảng Nam, đã triển

khai tại các Sở thông tin và truyền thông Kon Tum, Bình Thuận, Bình Định, Quảng Nam, Hà Tĩnh, Quảng Trị, Thanh Hoá, Ninh Bình, Điện Biên, Bắc Cạn, Hà Giang…

- Công nghệ sử dụng:

+ Mictsoft được xây dựng bằng ngôn ngữ PHP, cơ sở dữ liệu MySQL

- Chức năng của phần mềm:

+ Quản lý bưu chính về sản lượng, doanh thu, điểm cung cấp dịch vụ

+ Quản lý viễn thông về sản lượng dịch vụ điện thoại cố định; sản lượng internet; sản lượng dịch vụ điện thoại di động; kết cấu hạ tầng viễn thông gồm mạng tổng đài, mạng BTS di động, mạng cáp quang, mạng viba

+ Quản lý CNTT và doanh nghiệp CNTT về hạ tầng kỹ thuật, nhân lực, ứng dụng và đầu tư phát triển CNTT

+ Quản lý xuất bản, báo chí: quản lý việc cấp giấy phép xuất bản, lưu trữ hồ

sơ cấp phép theo hướng dẫn của Bộ

+ Quản lý hồ sơ nghiệp vụ của Sở thông tin và truyền thông: hồ sơ thẩm định của các phòng chuyên môn, hồ sơ thanh tra chuyên ngành, hồ sơ giấy phép xuất bản, hồ sơ đại lý internet, hồ sơ tần số vô tuyến điện,…

- Nhận xét:

+ Phần mềm quản lý rất nhiều đối tượng trong lĩnh vực thông tin, truyền thông, tuy nhiên, phần mềm chỉ quản lý trên cơ sở dữ liệu, chưa thể hiện được thông tin quản lý trên bản đồ

- Phần mềm ứng dụng GIS cho ngành thông tin và truyền thông gMIC

được phát triển bởi eKGis đã triển khai tại Sở Thông tin và truyền thông Hà Nội, Thừa Thiên Huế, Vĩnh Phúc, Quảng Ngãi, Đắk Nông, Quảng Ninh, Thái Bình, [8]

Hình 1: giao diện ứng dụng GIS cho ngành Thông tin và Truyền thông gMIC được

phát triển bởi eKGis triển khai tại Huế [14]

- Công nghệ sử dụng: + Phần mềm lưu trữ thông tin trên cloud

+ Cung cấp thông tin về hạ tầng thông tin và truyền thông cho các ngành, cho người dân, cho doanh nghiệp

+ Lưu trữ dữ liệu không gian tập trung trên máy chủ, quản trị cơ sở dữ liệu không gian trực tiếp qua giao diện Web

+ Nhập xuất dữ liệu không gian theo nhiều định dạng khác nhau: shapefile, tabfile, excel, geodatabae, csv, trực tiếp qua giao diện Web

+ Trình bày, biên tập bản đồ chuyên đề trực tiếp qua giao diện Web

+ Thu thập, chỉnh sửa dữ liệu không gian trên bản đồ trực tiếp qua giao diện Web

+ Thu thập, cập nhật dữ liệu tại hiện trường bằng thiết bị di dộng

+ Tra cứu, khai thác bản đồ mọi lúc, mọi nơi qua giao diện Web hoặc ứng dụng di động

+ Xử lý, phân tích không gian trên bản đồ trực tiếp qua giao diện Web

- Nhận xét:

+ Phần mềm được cài đặt trên cloud nên rất dễ triển khai, tích hợp dễ dàng với di động, được triển khai rộng rãi tại khá nhiều tỉnh thành cả nước, tuy nhiên, người dùng phải trả chi phí thuê phần mềm khi sử dụng

- Phần mềm quản lý mạng viễn thông của Trung tâm Công nghệ Thông tin

Địa lý (DITAGIS) thuộc Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh [15]

Hình 2: giao diện Phần mềm quản lý mạng viễn thông của Trung tâm Công nghệ

Thông tin Địa lý (DITAGIS) [15]

- Công nghệ sử dụng: + ArcGis, ArcMap…

- Chức năng của phần mềm:

+ Cập nhật thông tin các trạm phát sóng và tuyến cáp chính nối giữa các trạm + Xem sơ đồ kết nối giữa các trạm phát sóng

+ Định vị các đối tượng trên bản đồ

+ Quản lý và điều phối lưu lượng trong hệ thống các trạm phát sóng

+ Hỗ trợ hoạch định ứng cứu thông tin trong mọi tình huống

+ Lập bản đồ quy hoạch viễn thông

- Nhận xét: Phần mềm sử dụng công nghệ ArcGis, ArcMap để quản lý thông tin trên bản đồ, ứng dụng xây dựng trên nền winform

- Phần mềm quản lý Trạm phát sóng di động - BTS của Công ty Cổ phần

Tin học - Bản đồ Việt Nam [16] đã triển khai tại Sở thông tin và truyền thông thành phố Hồ Chí Minh

Hình 3: giao diện Phần mềm quản lý Trạm phát sóng di động - BTS của Công ty Cổ

phần Tin học - Bản đồ Việt Nam [16]

STT Tên phần mềm Đối tượng

quản lý

Tích hợp bản đồ

Hỗ trợ phân tích không gian

Chi phí triển khai

1

Phần mềm quản lý số liệu

bưu chính, viễn thông, công

nghệ thông tin – Mictsoft

2

Phần mềm ứng dụng GIS

cho ngành thông tin và

truyền thông gMIC

1.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước:

GIS là một công nghệ tiêu chuẩn áp dụng trong tất cả các ngành công nghiệp viễn thông Các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông như Nextel, Pacific Bell, và những người khác sử dụng công nghệ này để lập kế hoạch, xây dựng và vận hành mạng viễn thông và các dịch vụ liên quan [9] Nhìn chung, việc ứng dụng GIS trong công tác quản lý hệ thống mạng viễn thông đã được các nước phát triển thực hiện từ rất lâu Gần đây, một số nước đang phát triển cũng bắt đầu thực hiện đầu tư ứng dụng GIS trong công tác quản lý này:

+ Năm 2012, công ty trách nhiệm hữu hạn viễn thông Pakistan (Pakistan Telecommunication Limited Company) đã được vinh danh giải thưởng thành tựu đặc việt của ESRI về GIS cho công tác ứng dụng GIS tại thủ đô Islamabad [19]

+ Năm 2010, công ty TK Telekom (Warsaw, Ba Lan) đã sử dụng giải pháp GIS của ESRI để quản lý hệ thống mạng viễn thông tại Ba Lan [20]

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý

2.1.1 Định nghĩa

Hệ thống thông tin địa lý (HTTTĐL)- Geographical information system (GIS) là một tổ chức tổng thể của bốn hợp phần: phần cứng máy tính, phần mềm, tư liệu địa lý và người điều hành được thiết kế hoạt động một cách có hiệu quả nhằm tiếp nhận, lưu trữ, điều khiển, phân tích và hiển thị toàn bộ các dạng dữ liệu địa lý HTTTĐL có mục tiêu đầu tiên là xử lý hệ thống dữ liệu trong môi trường không gian địa lý [7]

HTTTĐL là một hệ thống máy tính có chức năng lưu trữ và liên kết các dữ liệu địa lý với các đặc tính của bản đồ dạng đồ họa, từ đó cho một khả năng rộng lớn về việc xử lý thông tin, hiển thị thông tin và cho ra các sản phẩm bản đồ, các kết quả xử lý cùng các mô hình

2.1.2 Các thành tố của hệ thống thông tin địa lý (GIS)

Hệ thống GIS bao gồm năm thành tố chính: con người, phương pháp, công

cụ phần cứng, phần mềm và dữ liệu

 Con người: Con người ở đây là các chuyên viên tin học, chuyên gia GIS,

thao tác viên GIS, phát triển ứng dụng GIS bao gồm:

+ Người sử dụng hệ thống: là những người sử dụng GIS để giải quyết các vấn đề không gian Nhiệm vụ chủ yếu của họ là số hóa bản đồ, kiểm tra lỗi, soạn thảo, phân tích các dữ liệu thô và đưa ra các giải pháp cuối cùng để truy vấn dữ liệu địa lý Những người này phải thường xuyên được đào tạo lại do GIS thay đổi liên tục và yêu cầu mới của kỹ thuật phân tích

+ Thao tác viên hệ thống: có trách nhiệm vận hành hệ thống hàng ngày để người sử dụng hệ thống làm việc hiệu quả Công việc của họ là sửa chữa khi chương trình bị tắc nghẽn hay là công việc trợ giúp nhân viên thực hiện các phân tích có độ phức tạp cao Họ còn làm việc như quản trị hệ thống, quản trị CSDL, an toàn, toàn vẹn CSDL tránh hư hỏng, mất mát dữ liệu

+ Nhà cung cấp GIS: cung cấp các phần mềm, cập nhật phần mềm, phương pháp nâng cấp cho hệ thống

+ Nhà cung cấp dữ liệu: là các cơ quan nhà nước hay tư nhân cung cấp các

dữ liệu sửa đổi từ nhà nước

+ Người phát triển ứng dụng: là những lập trình viên, họ xây dựng giao diện người dùng, giảm khó khăn các thao tác cụ thể trên hệ thống GIS

+ Chuyên viên phân tích hệ thống GIS: là nhóm người chuyên nghiên cứu thiết kế hệ thống, được đào tạo chuyên nghiệp có trách nhiệm xác định các mục tiêu của hệ GIS trong cơ quan, hiệu chỉnh hệ thống, đề xuất kỹ thuật phân tích đúng đắn

 Dữ liệu: Dữ liệu thống kê gắn theo các hiện tượng tự nhiên với những

mức độ chính xác khác nhau Hệ thống thước đo của chúng bao gồm các biến tên,

số thứ tự, khoảng và tỉ lệ Trong đó:

+ Biến tên: những biến chỉ có tên, không theo một trật tự nào cả, ví dụ như các loại đất (công viên, vùng dân cư, đất công nghiệp ) , loại cây trồng (ngô, khoai, sắn)

+ Biến thứ tự là danh sách các lớp rời rạc nhưng có trật tự như trình độ học vấn (tiểu học, trung học, đại học, sau đại học), độ lớn (nhỏ, trung bình, lớn) các giá trị ở đây chỉ là phản ánh một cách tương đối không chính xác số lượng vì vậy không thể thực hiện các phép tính toán được

+ Biến khoảng cũng có trình tự tự nhiên nhưng khoảng cách của chúng có ý nghĩa như nhiệt độ, diện tích

+ Biến tỷ lệ có cùng đặc tính như biến khoảng nhưng chúng có giá trị 0 tự nhiên hay điểm bắt đầu như lượng mưa, dân số

Ngoài bốn loại dữ liệu trên GIS còn phân chia dữ liệu thành hai lớp khác nhau là không gian và phi không gian.Ví dụ như nhà hát lớn Hải Phòng, giá trị cặp kinh độ,

vĩ độ là dữ liệu không gian dạng đơn giản nhất và các thông tin khác như khối lượng khí lưu thông, kết cấu thép là dữ liệu thuộc tính hay phi không gian Mỗi hệ GIS đều có kết nối giữa hai loại dữ liệu này

Hệ GIS cần phải hiểu được dữ liệu trong các khuôn mẫu khác nhau không chỉ riêng khuôn dữ liệu riêng của hệ thống Ví dụ như đường biên bản đồ có thể trong khuôn mẫu tệp DXF của AutoCad hay BNA của AtlasGis Thông thường, GIS hiểu ngay khuôn mẫu DXF mà không cần sửa đổi đồng thời GIS phải hiểu

ngay khuôn mẫu DBF của các thuộc tính được lưu trữ kèm theo Phần mềm GIS lý tưởng đọc được các dữ liệu raster (DEN, GIFF, TIFF, JPEG, EPS) và khuôn mẫu vectơ (TIGER, HPGL, DXF, DLG, Postscript) một số phần mềm GIS chỉ có chức năng nhập dữ liệu vào các cấu trúc dữ liệu đơn giản như cấu trúc thực thể, cấu trúc

tô pô Với dữ liệu ba chiều, phần lớn phần mềm GIS trợ giúp lưới tam giác không đều (TIN), một số khác trợ giúp cấu trúc raster trên cơ sở lưới bao vây và cây tứ phân, số còn lại xây dựng một khuôn mẫu riêng cho mình tùy vào nhà sản xuất phầm mềm nhưng thường là theo khuôn mẫu chuẩn quốc gia, quốc tế như SDTS (Spatial Data Transfer Santard) hay DIGEST

 Phần mềm: Một hệ thống GIS bao gồm nhiều môdun phần mềm Khả

năng lưu trữ, quản lý dữ liệu không gian bằng hệ quản trị CSDL địa lý là khía cạnh quan trọng nhất của GIS Một phần mềm xử lý GIS tốt phải cung cấp cho người sử dụng các công cụ quản lý, phân tích không gian dễ dàng, chính xác

 Phần cứng: GIS đòi hỏi các thiết bị ngoại vi đặc biệt như bàn số hóa, máy

vẽ, máy quét ảnh vào/ra Các thiết bị có thể được nối với nhau thông qua thiết bị truyền tin hay mạng cục bộ

 Giao diện người dùng: Giao diện đồ họa cho phép người dùng dễ dàng

thực hiện các theo tác địa lý và các thao tác khác như truy nhập CSDL, làm báo cáo

2.1.3 Chức năng của hệ thống thông tin địa lý

Các chức năng của GIS có thể chia làm năm loại như sau:

+ Thu thập dữ liệu

+ Xử lý sơ bộ dữ liệu

+ Lưu trữ và tuy nhập dữ liệu

+ Tìm kiếm và phân tích không gian

+ Hiển thị đồ họa và tương tác

Hình 4: Các nhóm chức năng của GIS [5]

 Thu thập dữ liệu: Thu thập dữ liệu là quá trình thu nhận dữ liệu theo

khuôn mẫu áp dụng được cho GIS Mức độ đơn giản nhất của thu thập dữ liệu là chuyển đổi khuôn mẫu dữ liệu có sẵn từ bên ngoài Trong trường hợp này GIS phải

có môdun chương trình hiểu được các khuôn mẫu dữ liệu chuẩn như DLG, DXF hay các dữ liệu đầu ra của GIS như Mapinfor, Arc Info, MapObject GIS còn phải

có khả năng nhập các ảnh bản đồ trong khuôn mẫu GIFF, JPEG Trên thực tế nhiều kĩ thuật trắc địa được áp dụng để thu thập dữ liệu như qua vệ tinh, máy bay,

số hóa những bản đồ giấy

 Xử lý dữ liệu thô: bao gồm:

+ Phát sinh dữ liệu có cấu trúc tôpô

+ Với dữ liệu ảnh vệ tinh thì phải phân lớp các đặc trưng trong ảnh thành các hiện tượng quan tâm

Mô hình quan niệm của thông tin không gian bao gồm mô hình hướng đối tượng, mạng và bề mặt Quá trình phân tích trên cơ sở khác nhau đòi hỏi dữ liệu phải được biểu diễn và tổ chức cho phù hợp Điều này đòi hỏi không chỉ chức năng tọa lập mô hình dữ liệu vectơ có cấu trúc tôpô và mô hình dữ liệu raster, mà còn có khả năng thay đổi cách biểu diễn, thay đổi phân lớp và sơ đồ mẫu, làm đơn giản háo hay tổng quát hóa dữ liệu, biến đổi giữa hệ thống trục tọa độ khác nhau và biến đổi các phép chiếu bản đồ

 Lưu trữ và truy cập dữ liệu: Chức năng lưu trữ dữ liệu trong GIS liên

quan đến tạo lập CSDL không gian Nội dung của CSDL này có thể tổ hợp dữ liệu vectơ và/hoặc, dữ liệu raster, dữ liệu thuộc tính để nhận danh hiện tượng tham chiếu không gian Thông thường dữ liệu thuộc tính của GIS trên cơ sở đối tượng được lưu trong bảng, chúng chứa chỉ danh duy nhất, tương ứng với đối tượng không gian, kèm theo rất nhiều mục dữ liệu thuộc tính khác nhau Chỉ danh đối tượng không gian duy nhất được dùng để liên kết giữa dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian tương ứng Đôi khi mục dữ liệu trong bảng thuộc tính bao gồm cả giá trị không gian như độ dài đường, diện tích vùng mà chúng đã được dẫn xuất từ biểu diễn dữ liệu hình học

 Tìm kiếm và phân tích không gian: Tìm kiếm và phân tích dữ liệu

không gian giúp tìm ra những đối tượng đồ họa theo các điều kiện đặt ra hay hỗ trợ việc ra quyết định của người dùng GIS Có rất nhiều các phương pháp tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian, các phương pháp khác nhau thường tạo ra các ứng dụng GIS khác nhau Sau đây là một số phương pháp được dùng phổ biến nhất:

+ Tìm kiếm dữ liệu trong vùng không gian (Buffer)

+ Tìm kiếm theo địa chỉ (Geocoding)

+ Phân tích mạng (Networks)

+ Phủ chùm hay chồng bản đồ (Overlay)

+ Phân tích biên (Boundary)

+ Tìm kiếm trong khoảng cận kề (Proximity)

 Hiển thị đồ họa và tương tác: Tầm quan trọng bản chất không gian của thông tin địa lý là đặc tả truy vấn và báo cáo kết quả là nhờ sử dụng bản đồ Do vậy các chức năng lập bản đồ thường thấy ở trong GIS Các chức năng này được thể hiện bằng thực đơn như trong các trình vẽ bản đồ không phải là GIS thực thụ, để xác định màu, kiểu, mẫu của điểm, đường, vùng Chúng có khả năng trang trí bản

đồ bằng xâu kí tự, chú giải với các thuộc tính khác nhau như loại, cỡ phông, hướng

vẽ Nhiều hệ GIS còn có khả năng biến đổi và vẽ theo các phép chiếu bản đồ khác nhau Gần đây, biểu đồ diện tích được quan tâm nhiều đến để hiển thị dữ liệu Trong đó, kích thước đặc trưng bản đồ được biến đổi tương ứng với các biến thuộc tính như mật độ dân số hay thu nhập Kỹ thuật hiển thị khác giúp hiểu dễ dàng một

số loại dữ liệu bằng thay đổi độ đâm nhạt hay sắc tố màu thay vì mô tả chính xác các đường biên Biểu diễn thay đổi thời gian trên bản đồ cũng là nhu cầu thực tế, đôi khi chúng được đánh dấu trên cùng một bản đồ trong các thời điểm khác nhau

và liên kết chúng bằng mũi tên Các hệ GIS mới thường cố gắng xây dựng cơ chế phát sinh bản đồ hoạt ảnh, trong đó bản đồ tự thực hiện thay đổi sau khoảng thời gian ngắn Một khả năng khác của GIS là khả năng hiển thị bản đồ 3D từ các điểm quan sát khác nhau, hiển thị 3D cho khả năng hiểu biết về bản chất của hiện tượng khi nghiên cứu thay đổi bề mặt địa hình

2.2 Tổng quan về WebGIS

2.2.1 Khái niệm

WebGIS là một hệ thống phức tạp cho phép truy cập trên mạng với những chức năng: thu nhận (capturing), lưu trữ (storing), tích hợp (integrating), xử lý (manipulating), phân tích (analyzing) và hiển thị dữ liệu theo vị trí tọa độ không

gian mà không cần phải sử dụng các phần mềm GIS (theo Harder 1998) [13]

WebGIS là hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - GIS) được phân bố thông qua hệ thống mạng máy tính phục vụ cho việc tích hợp, phổ biến (disseminate) và giao tiếp với các thông tin địa lý được hiển thị trên World

Wide Web (Edward, 2000, URL)

WebGIS có tiềm năng rất lớn trong việc làm cho GIS trở nên hữu ích và phổ biến tới số lượng lớn người dùng trên toàn thế giới Thách thức lớn của WebGIS là

tạo ra một hệ thống phần mềm không phụ thuộc vào nền tảng cấu hình máy tính và chạy trên bất kì trình duyệt web của bất kì máy tính nào nối mạng Internet Và như vậy, các phần mềm GIS phải được thiết kế lại để phù hợp với các ứng dụng WebGIS theo các kĩ thuật mạng Internet

WebGIS có rất nhiều ưu điểm so với các phần mềm GIS desktop:

+ Khả năng phân phối thông tin địa lý rộng rãi trên toàn thế giới

+ Người dùng Intenet có thể truy cập đến các ứng dụng GIS mà không phải mua phần mềm

+ Đối với phần lớn người dùng không có kinh nghiệm về GIS thì việc sử dụng WebGIS sẽ đơn giản hơn việc sử dụng các ứng dụng GIS loại khác

+ WebGIS là chức năng bổ sung cho GIS hoạt động trong môi trường rộng hơn thông qua mạng và được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong thương mại, quản

lý nhà nước và giáo dục Nhiều ứng dụng sẽ được chạy trên mạng nội bộ trong doanh nghiệp và cơ quan Chính phủ như là một phương tiện phân phối và sử dụng

dữ liệu không gian địa lý chung

+ Nhiều nghiên cứu hiện nay về WebGIS liên quan đến các ứng dụng xây dựng bản đồ tương tác; một trong những lĩnh vực quan trọng của sự đổi mới liên quan đến việc "chỉ trả cho sử dụng" của dịch vụ bản đồ và GIS

2.2.2 Kiến trúc WebGIS

Trong nhiệm vụ phân tích GIS, WebGIS cũng tương tư như mô hình kiến trúc 3 lớp client/server Quá trình xử lý dữ liệu được chia thành các tác vụ của phía server và phía client Phía client đơn giản là một trình duyệt web Phía server bao gồm một Web server, phần mềm WebGIS và cơ sở dữ liệu [11]

Hình 5: Mô hình WebGIS đơn giản [11]

Mô hình mạng này có mặt rộng rãi trong các doanh nghiêp, trong đó 1 số máy tính đóng vai trò server và những máy khác đóng vai trò client Server đơn

giản có các ứng dụng GIS chạy và thêm một giao diện client ở phía client và một thành phần trung gian ở phía server để kết nối giữa client và các phần mềm GIS [11]

 Các kiến trúc triển khai WebGIS

+ Client side: 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 Server-side có nhiệm vụ lưu trữ dữ liệu, xử lý tính toán và trả

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

 Web server: 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 và 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 Clearinghouse

 Data server: 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 chung như SDE của ESRI, SpatialWare của MapInfo Nhìn chung các cơ sở dữ liệu sử dụng đều là các cơ sở dữ liệu quan hệ, và trong tương lai sẽ thay thế bằng cơ sở dữ liệu hướng đối tượng

 Clearinghouse: Clearinghouse được sử dụng để chứa các dữ liệu về không gian được quản lý bởi các data server Clearinghouse đóng vai trò như một cuốn catalog, clearinghouse tìm kiếm trong catalog này các dữ liệu cần tìm

Như vậy, có 2 chiến thuật xây dựng WebGIS tương ứng với 2 kiểu triển khai, kiểu thứ nhất tập trung công việc chủ yếu cho phía server, kiểu kia ngược lại tập trung công việc cho phía client Sự kết hợp 2 chiến thuật này hình thành lên kiểu thứ 3 là kết hợp

+ Data exchange center nhận yêu cầu dữ liệu và tìm kiếm vị trí của những dữ liệu này sau đó gởi yêu cầu dữ liệu đến server chứa dữ liệu (Data Server) tương ứng cần tìm

+ Data Server dữ liệu tiến hành truy vấn lấy ra dữ liệu cần thiết và trả dữ liệu này về cho Data Exchange Server

+ Data Exchange Server nhận dữ liệu từ nhiều nguồn data server khác nhau nằm rải rác trên mạng Sắp xếp dữ liệu lại theo logic của yêu cầu dữ liệu, sau đó gởi trả dữ liệu về cho Application Server

+ Application Server nhận dữ liệu trả về từ các Data Exchange Server và đưa chúng đến các hàm cần sử dụng, xử lý chúng tại đây và kết quả được trả về cho Web Server

+ Web Server nhận về kết quả xử lý, thêm vào các ngữ cảnh web (HTML, PHP…) để có thể hiển thị được trên trình duyệt và cuối cùng gởi trả kết quả về cho trình duyệt dưới dạng các trang web

Hình 6: Mô hình các bước xử lý dữ liệu của WebGIS (nguồn: internet)

 Các chuẩn trao đổi WebGIS

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

Web Map Service (WMS)

Là một chuẩn do OGC đưa ra Trong đó web server sẽ trở thành web map server có service (dịch vụ) phục vụ cho chia sẻ dữ liệu Các hoạt động mà client có thể thực hiện thông qua serivce này gồm: nhận về mô tả các bản đồ, nhận về bản đồ,

và các thông tin truy vấn các đặc điểm được thể hiện trên bản đồ [23]

Chuẩn này không áp dụng cho việc nhận về dữ liệu thô (dữ liệu chưa xử lý dạng thuộc tính hay không gian) mà thường nhận về một ảnh bản đồ dạng ảnh Những bản đồ này thường được tạo ra với các định dạng như PNG, GIF, JEPG hoặc cũng có thể là dưới dạng các yếu tố đồ họa như SVG (dạng XML) hoặc là định dạng WebCGM (Web Computer Graphics Metafile) Web Map Service (WMS) là một kỹ thuật phân bố thông tin địa lý dưới dạng ảnh bản đồ trên mạng, kết quả không phải là những dữ liệu thực sự vì chỉ xem được dưới dạng ảnh và không thao tác được trên các đối tượng địa lý địa lý cụ thể Web map service có các chức năng sau:

+ Khả năng hỗ trợ (bắt buộc): Client nhận về một mô tả thông tin về WMS, các tham số được chấp nhận và hỗ trợ, bảng mô tả thường dưới dạng file XML

+ Lấy bản đồ (bắt buộc): Client nhận về một ảnh bản đồ phù hợp với tham số

mà client gửi lên server

+ Lấy thông tin đặc điểm (không bắt buộc): Client hỏi thông tin về đặc điểm nào đó (của đối tượng) xuất hiện trên bản đồ Trình duyệt web phía client có thể thông qua Web Map Service thực hiện các chức năng này bằng cách gửi các yêu cầu dưới dạng một URL Nội dung của chuỗi URL này phụ thuộc vào công việc được yêu cầu (chỉ ra bởi tham số Request Type)

Client của Web map server ở đây có thể là trình duyệt web, hay cũng có thể

là một web server có chức năng GIS

Web Feature Service (WFS)

Các Web Feature Service (WFS) là một tiêu chuẩn được tạo ra OGC để tạo, sửa và trao đổi thông tin địa lý định dạng vector trên Internet bằng cách sử dụng HTTP Một WFS mã hóa và chuyển thông tin trong Geography Markup Language (GML), một tập hợp con của XML [23]

Phiên bản hiện tại của WFS là 2.0.0 Geoserver hỗ trợ phiên bản 2.0.0, 1.1.0

và 1.0.0 Mặc dù có một số khác biệt quan trọng giữa các phiên bản, cú pháp yêu cầu thường vẫn giữ nguyên [23]

Các tiêu chuẩn WFS xác định khuôn khổ cho việc cung hỗ trợ truy cập, và

hỗ trợ giao dịch, tách biệt các đặc điểm địa lý theo một cách đó là sự độc lập với các nguồn dữ liệu bên dưới Thông qua một kết hợp của sự khám phá, truy vấn, khóa,

và các hoạt động giao dịch, người dùng có quyền truy cập vào các nguồn dữ liệu không gian và thuộc tính trong một cách mà cho phép họ tra cứu, thể hiện, chỉnh sửa (tạo, cập nhật và xóa), và tải về các tính năng cá nhân Các khả năng giao dịch của WFS cũng hỗ trợ sự phát triển và triển khai các ứng dụng bản đồ cộng tác [23]

Để hỗ trợ cho các giao tác thêm, xóa, sửa và truy vấn trên dữ liệu, WFS hỗ trợ các giao tác sau:

+ GetCapabilities: WFS bắt buộc phải mô tả khả năng của WFS qua giao tác này WFS chỉ ra các kiểu feature mà WFS hỗ trợ và các giao tác được hỗ trợ trên mỗi kiểu feature

+ DescribeFeatureType: Khi có yêu cầu, WFS phải có khả năng mô tả cấu trúc của bất kỳ kiểu feature nào mà WFS hỗ trợ

+ GetFeature: WFS phải có khả năng đáp ứng các yêu cầu lấy và thể hiện các feature Client có thể chỉ rõ ra các thuộc tính nào của feature mà client muốn lấy kèm theo các cấu tạo ràng buộc trên chúng

+ Transactinon: WFS có khả năng hỗ trợ các yêu cầu thêm, xóa, sửa các feature

+ LockFeature: WFS có khả năng đáp ứng các yêu cầu khóa các thể hiện thuộc tính trong khoảng thời gian thực hiện giao tác

Tùy theo khả năng hỗ trợ các giao tác ở trên mà người ta phân ra làm hai loại dịch vụ WFS Một là “WFS cơ bản” (hay còn gọi là dịch vụ WFS chỉ đọc) chỉ hỗ trợ các giao tác GetCapabilities, DescribeFeatureType và GetFeature Hai là “WFS giao tác” thì hỗ trợ thêm giao tác Transaction, còn giao tác LockFeature là tùy chọn

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: [23]

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

2.3.1 Giới thiệu MapServer

Mapserver là một môi trường mã nguồn mở cho phép việc xây dựng những ứng dụng xử lý dữ liệu không gian trên internet Mapserver có thể được chạy như 1 chương trình CGI hoặc thông qua Mapscript (hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình như Perl, Python …) Mapserver không phải là 1 hệ thống có đầy đủ các đặc tính của hệ thống thông tin địa lý (GIS), và cũng không phát triển theo định hướng đó,

Mapserver tốt nhất ở điểm sinh ra dữ liệu không gian (bản đồ, hình ảnh, dữ liệu vector …) trên môi trường web

Mapserver khởi đầu được phát triển bởi dự án University of Minesota (UMN) ForNet, cộng tác với NASA và (Minesota Department of Natural Resources) Sau đó Mapserver được sở hữu bởi dự án TerraSIP, một dự án được hỗ trợ bởi NASA

 Các đặc tính của Mapserver

- Sinh hình ảnh bản đồ phức tạp

+ Hình ảnh phụ thuộc vào tỉ lệ

+ Tên các hình ảnh

+ Xuất định dạng có thể sửa đổi hoặc theo khuôn mẫu

+ Phong chữ kiểu thực (TrueType)

+ Tự động sinh các thành phần của bản đồ (tỉ lệ, bản đồ tham khảo, chú thích)

- Hỗ trợ các các ngôn ngữ script và môi trường phát triển phổ biến (PHP, Perl, Python, Ruby, Java, và C#)

- Hỗ trợ nhiều hệ điều hành (Linux, Windows, Mac OS X, Solaris, …)

- Hỗ trợ nhiều dạng raster và vector

+ TIFF/ Geo TIFF, EPPL7 và nhiều định dạng khác thông qua GDAL

+ ESRI shapefiles, PostGis, ESRI ArcSDE, Oracle Spatial, My SQL… thông qua ORG

+ Theo đặc tả web Open GeoSpatial Consortium (OGC): WMS (client/server), WFS (client/server), WMC, WCS, Filter Encoding, SLD, GML, SOS

- Hỗ trợ phép chiếu bản đồ: hơn 1000 hệ chiếu thông qua thư viện proj.4

- Mapserver tuân theo chuẩn Open Geospatial Consortium (OGC), gồm Web Map Service (WMS) và Web Feature Service (WFS) Mapserver kết nối với PostgresSQL và mở rộng PostGIS (hỗ trợ dữ liệu GIS), MySQL và mở rộng MyGIS, …

2.3.2 Các thành phần của Mapserver

Ứng dụng Mapserver CGI sử dụng các tài nguyên sau:

- Một Webserver server (Apache hoặc IIS)

- Phần mềm Mapserver (WebGIS application)

- File khởi tạo dùng để cấu hình và tùy biến các thông số của ứng dụng Mapserver (không bắt buộc)

- Map file là file cấu hình cho ứng dụng Map server

- Template file là giao diện giữa người dùng và Mapserver

- Dữ liệu GIS

 File khởi tạo

Mỗi khi http server nhận được yêu cầu từ client thông qua chuỗi URL thì http server sẽ gọi Mapserver chạy và thực thi Bằng cách sử dụng file khởi tạo (file html) ta định nghĩa tham số cơ bản cần thiết để Mapserver có thể thực thi được

Ví dụ: [map],[map_web_imagepath],[img]

 Map file

Là một file text cấu hình cho ứng dụng Mapserver Map file giúp định nghĩa vùng bản đồ, thông báo cho Mapserver biết dữ liệu ở đâu và output là dạng gì và ở đâu Map file giúp định nghĩa các layer, bao gồm nguồn dữ liệu, khung chiếu và các biểu tượng Map file có đuôi mở rộng là map

Hình 7: Ví dụ một map file

 Template file

Giúp điều khiển các hình bản đồ và các ghi chú trả về bởi Mapserver sẽ xuất hiện trên trang web Đầu tiên Mapserver đọc template file này và nếu gặp các từ khóa hoặc các mẫu thì Mapserver sẽ thay thế các giá trị tương ứng lấy từ chuỗi kết quả trả về, file này sẽ được gửi trở về trình duyệt và hiển thị trên trình duyệt

Hình 8: Ví dụ một template file

 Dữ liệu GIS

Dữ liệu vector: Mapserver sử dụng ESRI shapefile làm dữ liệu mặc định Ngoài ra, Mapserver đều có thể hiểu và tương tác được với các định dạng dữ liệu vector GIS phổ biến khác hiện nay, như PostGIS, ESRI, ArcSDE, Maplnfo và nhiều định dạng khác thông qua thư viện OGR

Dữ liệu raster: MapServer hỗ trợ TIFF/GeoTIFF, EPPL7 và các định dạng khác thông qua thư viện GDAL

2.3.3 Cách hoạt động của Mapserver

Hình 9: Sơ đồ hoạt động của mapserver [5]

MapServer hoạt động dựa vào các mẫu là chính Trước khi thực thi yêu cầu của web, MapServer đọc tệp tin cấu hình (mapfile) mô tả các lớp và các thành phần khác của bản đồ Nó sẽ vẽ và lưu lại bản đồ Tiếp theo, nó sẽ đọc một hoặc nhiều tệp tin mẫu HTML mà nó nhận diện trong tệp tin cấu hình Mỗi tệp tin mẫu sẽ chứa đựng các 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 để nhận diện các lớp nào sẽ được sắp xếp, … MapServer thay thế các giá trị hiện tại vào các các chuỗi này và gửi luồng dữ liệu về cho WebServer để WebServer tiếp tục chuyển về cho trình duyệt Khi có một yêu cầu mới phát sinh, MapServer sẽ nhận yêu cầu từ WebServer với các giá trị mới và chu trình cứ thế tiếp diễn [5]

2.4 Tổng quan về PosgreSQL

2.4.1 Khái quát về PostgreSQL

PostgreSQL là một hệ quản trị cơ sở dữ liệu đối tượng quan hệ PostgreSQL

là một chương trình mã nguồn mở xây dựng trên mã nguồn ban đầu của đại học Berkeley Với hơn 15 năm phát triển, PostgreSQL đã có được uy tín cao về tính ổn định, tính toàn vẹn, và tính chính xác của dữ liệu Nó theo chuẩn SQL99 và đáp ứng

4 thuộc tính cơ bản của hệ quản trị CSDL; sử dụng câu truy vấn phức tạp (complex query); kết nối (joint); khóa ngoại (foreign key); thủ tục sự kiện (trigger); các khung nhìn (view), tính toàn vẹn của các giao dịch (integrity transactions), kiểm tra đồng thời đa phiên bản (multiversion concurrency control) [22]

Số lượng dòng trong 1 bảng Không giới hạn

Số lượng cột trong 1 bảng 250 - 1600 tùy theo kiểu dữ liệu của các

cột

Số lượng chỉ mục trong 1 bảng Không giới hạn

Bảng 2: Khả năng của hệ quản trị cơ sở dữ liệu PostgreSQL

 Một số ưu điểm của PostgreSQL:

+ Hoạt động được trên nhiều hệ điều hành như: Linux, UNIX (AIX, BSD, HP-UX, SGI IRIX, Mac OS X, Solaris, Tru64), và Windows

+ Lưu trữ (dạng nhị phân) các đối tượng có dữ liệu lớn như hình ảnh, âm thanh, hoặc video

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

+ 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 index 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, và functional indexes

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

PostgreSQL không quy định những hạn chế trong việc sử dụng mã nguồn của phần mềm nên có thể được dùng, sửa đổi và phổ biến bởi mọi người cho bất kỳ mục đích nào

2.4.2 Giới thiệu về POSTGIS

PostGIS là một phần mở rộng của hệ thống cơ sở dữ liệu đối tượng quan hệ PostgreSQL cho phép các đối tượng không gian GIS (Geographic Information Systems) được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu PostGIS bao gồm hỗ trợ đánh chỉ mục không gian R-Tree, và các chức năng để phân tích và xử lý các đối tượng GIS [24]

PostGIS là một dự án mã nguồn mở về CSDL không gian đang được nghiên cứu và phát triển bởi Refractions Research PostGIS được phát hành theo GNU General Public License (phát hành miễn phí bản quyền sử dụng và phát triển) Refractions Research tiếp tục phát triển PostGIS, bổ sung các công cụ giao diện với người dùng, hỗ trợ các topology cơ bản, chuẩn hóa dữ liệu, chuyển đổi tọa độ, lập trình API và nhiều hơn nữa Trong tương lai của dự án sẽ phát triển hỗ trợ topo đầy

đủ, hỗ trợ raster, tính toán mạng lưới và định tuyến, xây dựng bề mặt ba chiều, các đường cong (curves), uốn khúc (splines) và các tính năng khác

+ SharpMap SDK – for ASP.NET 2.0

+ MapGuide Open Source (using FDO)

+ SharpMap SDK for Microsoft.NET 2.0

+ ZigGIS for ArcGIS/ArcObjects.NET

+ GvSIG

+ GRASS

 Loading/Extracting + Safe FME Desktop Translator/Converter

 Web-based + Ionic Red Spider (now ERDAS) + Cadcorp GeognoSIS

+ Ivan Mapserver + MapDotNet Server + MapGuide Enterprise (using FDO) + ESRI ArcGIS Server 9.3+

 Desktop + Cadcorp SIS + Microimages TNTmips GIS + ESRI ArcGIS Server 9.3+

+ Manifold + GeoConcept + MapInfo (v10) + AutoCAD Map 3D (using FDO)

Bảng 3: Các phần mềm hỗ trợ PostGIS (nguồn: internet)

2.5 Thiết kế mô hình cơ sở dữ liệu GIS

2.5.1 Mô hình thế giới thực trong GIS

 Các dạng thức tồn tại của một đối tượng

Một đối tượng trong thế giới thực có thể tồn tại dưới các dạng thức sau:

Hình 10: Các dạng tồn tại của đối tượng [1]

Thông thường, một đối tượng trong GIS có cả 3 thuộc tính: ngữ nghĩa, không gian

và thời gian Yếu tố không gian cho biết: tọa độ, hình dáng, kích thước Yếu tố thời gian phản ánh: ngày giờ tạo lập hoặc mất đi của các đối tượng trong vòng đời của chúng Thời gian có thể là điểm thời gian hoặc đoạn thời gian Yếu tố ngữ nghĩa là thành phần quan trọng trong bất cứ hệ thống thông tin nào, mô tả các đặc trưng của đối tượng [1]

Hình 11: Dữ liệu không gian được hiển thị trong ArcGIS

Hình 12: Dữ liệu thuộc tính hiển thị trong ArcGIS

 Mô hình vector

Mô hình vector biểu diễn dữ liệu không gian như: điểm, đường (thẳng hoặc cong), vùng có kèm theo các thuộc tính dùng mô tả đối tượng Tọa độ tham khảo cartersian (x,y) cho mô hình 2D và (x,y,z) cho mô hình 3D hoặc tọa độ địa lý và các phép toán hình học về tọa độ giúp xác định tọa độ các điểm trong hệ thống

Hình 13: Mô hình dữ liệu vector (nguồn: internet)

Hình 14: Các thành phần hình học cơ sở của mô hình Vector (nguồn: internet)

Các thành phần cơ bản của mô hình Vector: