Ứng dụng cơ sở dữ liệu đồ thị để xây dựng hệ thống quản lý hạ tầng giao thông tại tỉnh quảng ngãi

ỨNG DỤNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỒ THỊ ĐỂ XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ HẠ TẦNG GIAO THÔNG TẠI TỈNH QUẢNG NGÃI Học viên: Nguyễn Quốc Hùng Chuyên nghành: Khoa học máy tính Mã số: 60.48.01.01 Khóa: K33

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

NGUYỄN QUỐC HÙNG

ỨNG DỤNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỒ THỊ ĐỂ XÂY DỰNG

HỆ THỐNG QUẢN LÝ HẠ TẦNG GIAO THÔNG

TẠI TỈNH QUẢNG NGÃI

Chuyên ngành: KHOA HỌC MÁY TÍNH

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai

công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả

Nguyễn Quốc Hùng

ỨNG DỤNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỒ THỊ ĐỂ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 1

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

4 Phương pháp nghiên cứu 4

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4

6 Bố cục của luận văn 4

CHƯƠNG 1 QUẢN LÝ HẠ TẦNG GIAO THÔNG 6

1.1 Giới thiệu về hạ tầng giao thông 6

1.1.1 Khái niệm về hạ tầng giao thông 6

1.1.2 Đặc điểm hạ tầng giao thông 6

1.1.3 Phân loại hạ tầng giao thông 8

1.2 Quản lý hạ tầng giao thông 9

1.2.1 Khái niệm 9

1.2.2 Mục tiêu quản lý 10

1.3 Hiện trạng quản lý hạ tầng giao thông tại Quảng Ngãi 10

1.4 Khó khăn và thách thức 13

1.5 Bài toán cần giải quyết 15

1.6 Kết luận 15

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ GIS TRONG QUẢN LÝ HẠ TẦNG GIAO THÔNG 17

2.1 Giới thiệu GIS 17

2.4 Nhiệm vụ của GIS 19

2.5 Dữ liệu GIS 21

2.6 Ứng dụng GIS 21

2.7 Kết luận 24

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỒ THỊ 25

3.1 Giới thiệu cơ sở dữ liệu 25

3.2 Các phương pháp quản lý dữ liệu 25

3.3 Cơ sở dữ liệu quan hệ 26

3.3.1 Khái niệm 26

3.3.2 Lược đồ quan hệ và chuẩn hóa 27

3.3.3 Mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ 29

3.3.4 Kết luận 30

3.4 Cơ sở dữ liệu hướng đối tượng 30

3.4.1 Khái niệm 30

3.4.2 Đối tượng và cơ sở dữ liệu đối tượng 31

3.4.3 Kiểu dữ liệu 32

3.4.4 Quản lý đối tượng 33

3.4.5 Kết luận 33

3.5 Cơ sở dữ liệu NoSQL 33

3.5.1 Giới thiệu 33

3.5.2 Kỹ thuật và mô hình 34

3.5.3 Lưu trữ Khóa-Giá trị (Key-/Value-Store) 36

3.5.4 Cơ sở dữ liệu tài liệu (Document Store) 38

3.6.1 Lý thuyết đồ thị 40

3.6.2 Định nghĩa cơ sở dữ liệu đồ thị 41

3.6.3 Mô hình dữ liệu đồ thị 42

3.6.4 Kết luận 44

CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỒ THỊ ĐỂ XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ HẠ TẦNG GIAO THÔNG TẠI TỈNH QUẢNG NGÃI 45

4.1 Mô tả bài toán 45

4.2 Hướng tiếp cận cơ sở dữ liệu đồ thị 46

4.3 Trừu tượng hóa dữ liệu 47

4.3.1 Thu thập dữ liệu 47

4.3.2 Phân tích dữ liệu 48

4.3.3 Trừu tượng hóa dữ liệu 51

4.4 Thiết kế cơ sở dữ liệu 52

4.5 Cơ sở dữ liệu đồ thị Neo4J 53

4.5.1 Giới thiệu 53

4.5.2 Trình duyệt (Browser) 54

4.5.3 Ngôn ngữ truy vấn Cypher 55

4.6 Trực quan hóa dữ liệu 56

4.7 Nhập dữ liệu 58

4.8 Truy vấn 60

4.9 Đánh giá tốc độ truy vấn 62

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

ỨNG DỤNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỒ THỊ ĐỂ XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ HẠ TẦNG GIAO THÔNG TẠI TỈNH QUẢNG NGÃI

Học viên: Nguyễn Quốc Hùng Chuyên nghành: Khoa học máy tính

Mã số: 60.48.01.01 Khóa: K33 QNG Trường Đại học Bách khoa – ĐHBK

Tóm tắt – Các hệ thống quản lý cơ sở hạ tầng giao thông trước đây thường được phát triển

để quản lý các thành phần riêng lẻ của hệ thống hạ tầng giao thông Luận văn nghiên cứu mô

tả giải pháp ứng dụng cơ sở dữ liệu đồ thị nhằm xây dựng hệ thống quản lý thông tin hạ tầng giao thông tại tỉnh Quảng Ngãi Với mục đích xây dựng hệ thống có khả năng mở rộng chức năng dễ dàng, tích hợp các loại dữ liệu khác nhau trong quản lý hạ tầng giao thông, tác giả nghiên cứu một cách tổng quát các loại dữ liệu thường dùng trong quản lý hạ tầng giao thông:

hệ thống thông tin địa lý GIS, cơ sở dữ liệu quan hệ và cơ sở dữ liệu phi quan hệ - NoSQL, nhằm xác định ưu thế của cơ sở dữ liệu đồ thị cũng như tìm hiểu bản chất dữ liệu trong quản

lý thông tin hạ tầng giao thông, nhằm trừu tượng hóa dữ liệu trong thiết kế mô hình dữ liệu cho hệ thống quản lý thông tin hạ tầng giao thông Tác giả đã tóm tắt các kết quả đã đạt được

và đưa ra các hướng phát triển tiếp theo

Từ khóa – Cơ sở dữ liệu đồ thị, hạ tầng giao thông, hệ thống quản lý, GIS, Cơ sở dữ liệu

quan hệ, Cơ sở dữ liệu phi quan hệ NoSQL

APPLICATION OF GRAPH DATABASE TO BUILD TRANSPORT INFRASTRUCTURE MANAGEMENT SYSTEM

IN QUANG NGAI PROVINCE Abstract – Previous transport infrastructure management systems are often developed to

manage individual components of transport infrastructure systems The thesis describes the solution of applying graph database to build a transport infrastructure information management system in Quang Ngai provice For the purpose of building a system that is able

to easily expand functions, integrating different types of data in transport infrastructure management, the author has studied in general the types of data commonly used in transport infrastructure management: GIS - geographic information system, relational database and non-relational database, to determine the advantages of graph database as well as understanding the nature of data in management transport infrastructure information, to abstract data in data model design for traffic infrastructure information management system The author has summarized the results achieved and given the next development directions

Keywords – Graph Database, transport infrastructure, management system, GIS, Relational

Database, NoSQL Database

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Với quy mô đô thị ngày càng mở rộng, các phương thức giao thông ngày càng trở nên đa dạng Các loại phương tiện giao thông vận tải liên tục tăng mạnh, dẫn đến nhu cầu ngày càng tăng nhanh của người dân đối với giao thông và sự gia tăng đáng kể lưu lượng giao thông Quy hoạch và phát triển đô thị, khu dân cư cũng tăng nhanh, hạ tầng giao thông cũng được phát triển và mở rộng tương ứng

Tại Quảng Ngãi, phòng Quản lý kết cấu hạ tầng giao thông và phòng Quản lý chất lượng công trình giao thông là hai phòng quản lý trực tiếp và lưu hồ sơ các công trình hạ tầng giao thông Hiện tại, tại đơn vị thực hiện lưu trữ hồ sơ và quản lý trên giấy, trên máy tính và một số dữ liệu được số hóa sử dụng công nghệ GIS Tuy nhiên, dữ liệu chưa được cập nhật thường xuyên cũng như chưa phát huy hiệu quả trong việc quản lý

Việc quản lý thông tin về hạ tầng giao thông chưa phát huy được giá trị xứng đáng hay cung cấp hỗ trợ toàn diện cho việc quản lý, hoạch định và ra quyết định của

cơ quan chức năng Dẫn đến hạn chế trong việc phát huy hiệu quả quản lý cũng như dự đoán khả năng phát triển của hạ tầng giao thông

Bên cạnh đó, dữ liệu về hạ tầng giao thông là rất lớn và phức tạp Dữ liệu này liên tục biến động do công tác xây mới, duy tu, bảo trì, sửa chữa,…

Do đó, có thể thấy rằng việc quản lý hiệu quả và phân tích sâu về dữ liệu giao thông là nhiệm vụ quan trọng trong sự phát triển của mỗi đô thị Việc quản lý dữ liệu hiện trạng công trình hạ tầng giao thông là rất cần thiết và khai thác dữ liệu cơ sở hạ tầng nhằm phục vụ công tác quản lý cũng như công tác phụ trợ liên quan là việc cấp thiết cần thực hiện ngay

Hạ tầng giao thông vốn dĩ phức tạp từ cấu trúc lẫn thành phần Để quản lý tốt hạ tầng giao thông, chúng ta cần xét đến các loại dữ liệu cần được lưu trữ Tuy nhiên, những hướng tiếp cận khác nhau về dữ liệu sẽ có những giải pháp riêng biệt, từ đây sẽ gây nên

sự phức tạp trong hệ thống Một cách tổng quát, chúng ta có thể xem xét dữ liệu theo ba hướng tiếp cận dưới đây

• Hệ thống thông tin địa lý (GIS): Tổ chức các đối tượng địa lý trong hạ tầng giao thông như: đường, cầu, cống ngầm, các công trình phụ trợ Tuy nhiên, việc tổ chức dữ liệu trong hệ thống thông tin địa lý khó để đáp ứng nhu cầu khai thác dữ liệu như lịch sử đối tượng, thông tin liên kết, đối tượng liên kết theo tiêu chí khác thông tin địa lý

• Cơ sở dữ liệu quan hệ (Relational Database) : Tổ chức dữ liệu theo dạng bảng, liên kết đối tượng hoặc nhóm đối tượng Việc tổ chức dữ liệu bằng cơ

sở dữ liệu quan hệ phù hợp với quản lý thông tin Tuy nhiên, trong trường hợp các đối tượng có liên kết phức tạp, số lượng đối tượng nhiều, khả năng phát sinh và thay đổi cấu trúc liên kết xảy ra thường xuyên sẽ dẫn đến việc giảm hiệu suất hệ thống hoặc hệ thống sai sót

• Cơ sở dữ liệu đồ thị (Graph Database): Đây là hướng tiếp cận đột phá cho việc tổ chức dữ liệu có cấu trúc liên kết phức tạp giữa các thực thể phức tạp, như hệ thống giao thông Nó cho hiệu suất kết nối cao và khả năng dễ thay đổi liên kết mà không ảnh hưởng đến dữ liệu Đây là hướng tiếp cận thích hợp cho tổ chức dữ liệu hạ tầng giao thông

Bài toán đặt ra của đề tài là một giải pháp tổ chức dữ liệu hạ tầng giao thông thành một khối có khả năng lưu trữ hay liên kết các loại dữ liệu khác nhau cũng như khả năng mở rộng linh hoạt nhằm đáp ứng khả năng phát triển và thay đổi từ cấu trúc đến loại dữ liệu Trong đó, cơ sở dữ liệu đồ thị là hướng tiếp cận mới trong việc lưu trữ dữ liệu đã mang lại nhiều sản phẩm thành công dù vẫn còn trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển Mô hình dữ liệu này phù hợp với các bài toán kết nối dữ liệu, tương ứng với bài toán quản lý thông tin hạ tầng giao thông Việc tăng cường thực nghiệm cũng như đưa ra thực nghiệm mang tính thiết thực là cần thiết

Vì những lý do như trên, tôi chọn đề tài luận văn: “Ứng dụng cơ sở dữ liệu đồ thị để xây dựng hệ thống quản lý hạ tầng giao thông tại tỉnh Quảng Ngãi”

2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Đề tài tập trung nghiên cứu, tìm hiểu về hướng tiếp cận sử dụng cơ sở dữ liệu đồ thị để xây dựng hệ thống quản lý thông tin hạ tầng giao thông

Thu thập tài liệu và tìm hiểu về các thành phần trong hạ tầng giao thông, xây dựng bản đồ tương đối chi tiết các thành phần trong hệ thống giao thông

Phân loại các thành phần trong hệ thống giao thông kết hợp thông tin địa lý nhằm trừu tượng hóa thành dữ liệu đồ thị

Thu thập tài liệu cho quy trình quản lý và khai thác thông tin trong quản lý hạ tầng giao thông tại thành phố Quảng Ngãi

Phân tích và thiết kế ứng dụng quản lý thông tin hạ tầng giao thông

Mục tiêu cụ thể là :

• Tìm hiểu về hệ thống thông tin địa lý - GIS:

o Khái niệm hệ thống thông tin địa lý

o Hoạt động và nhiệm vụ của GIS

o Dữ liệu và ứng dụng GIS

• Tìm hiểu về hạ tầng giao thông và công tác quản lý:

o Các thành phần hạ tầng giao thông

o Công tác quản lý hạ tầng giao thông tại Quảng Ngãi

• Tìm hiểu về cơ sở dữ liệu đồ thị:

o Khái niệm cơ sở dữ liệu đồ thị

o Phương pháp quản lý dữ liệu đồ thị

o Mô hình dữ liệu đồ thị

o Ứng dụng cơ sở dữ liệu đồ thị

o Cơ sở dữ liệu đồ thị Neo4J

• Ứng dụng quản lý thông tin hạ tầng giao thông:

o Phân tích thiết kế hệ thống

o Xây dựng mô hình

o Thực nghiệm và đánh giá

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Hạ tầng giao thông đường bộ và công tác quản lý tại Quảng Ngãi

Hệ thống thông tin địa lý dùng trong quản lý đối tượng địa lý và bản đồ hạ tầng giao thông đường bộ tại Quảng Ngãi

Cơ sở dữ liệu quan hệ trong quản lý thông tin hạ tầng giao thông đường bộ Ứng dụng cơ sở dữ liệu đồ thị trong việc trừu tượng hóa các thành phần trong hạ tầng giao thông

Thiết kế cơ sở dữ liệu đồ thị và ứng dụng cơ sở dữ liệu đồ thị để xây dựng hệ thống quản lý thông tin hạ tầng giao thông

4 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết về hệ thống thông tin địa lý, cơ sở dữ liệu quan hệ và cơ sở

dữ liệu đồ thị

Tìm hiểu thực tiễn qua việc thu thập thông tin mẫu về hiện trạng hạ tầng giao thông và công tác quản lý hạ tầng giao thông tại Quảng Ngãi

Thực nghiệm đánh giá hệ thống quản lý hạ tầng giao thông

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa thực tiễn: Xây dựng mô-đun quản lý và khai thác thông tin hạ tầng giao thông Quản lý cập nhật thông tin công trình đường bộ, các nút giao thông, các tuyến đường, cầu cống; quản lý dữ liệu chi tiết về hạ tầng giao thông; tra cứu, tìm kiếm, kết xuất báo cáo dữ liệu;

6 Bố cục của luận văn

Luận văn được trình bày bao gồm các phần chính như sau:

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: QUẢN LÝ HẠ TẦNG GIAO THÔNG

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ GIS TRONG QUẢN LÝ HẠ TẦNG GIAO THÔNG

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỒ THỊ

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỒ THỊ ĐỂ XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ HẠ TẦNG GIAO THÔNG TẠI TỈNH QUẢNG NGÃI

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

CHƯƠNG 1

QUẢN LÝ HẠ TẦNG GIAO THÔNG

1.1 Giới thiệu về hạ tầng giao thông

1.1.1 Khái niệm về hạ tầng giao thông

Hạ tầng giao thông được hiểu là khái niệm chỉ các loại cơ sở vật chất như đường

sá, cầu cống, sân bay, bến cảng,… đồng thời bao gồm cả các cơ chế tổ chức và hoạt động để cho các loại cơ sở vật chất nêu trên có thể vận hành một cách hiệu quả phục vụ cuộc sống của con người

Trong cuộc sống hàng ngày, con người luôn có nhu cầu di chuyển người và vận chuyển hàng hóa từ nơi này đến nơi khác Để việc đi lại và vận chuyển hàng hóa được

dễ dàng và nhanh chóng, con người đã không ngừng lao động sáng tạo, phát minh ra các loại phương tiện vận tải từ thô sơ đến phức tạp, từ đơn giản đến hiện đại Ngày nay, với

sự phát triển của nền công nghệ hiện đại, con người đã phát minh ra các loại phương tiện vận tải hiện đại như xe đạp, xe máy, ô tô, tàu hỏa, tàu thủy, máy bay,… giúp cho việc di chuyển người và vận tải hàng hóa với tốc độ ngày càng cao, an toàn và tiện nghi hơn Cùng với sự ra đời của các loại phương tiện vận tải hiện đại, con người xây dựng nên các công trình như đường sá, cầu cống, nhà ga, bến cảng, sân bay,… để cho các loại phương tiện này có thể di chuyển, đón trả khách và xếp dỡ hàng hóa một cách thuận lợi

và an toàn Các công trình này chính là những công trình hạ tầng giao thông

Hạ tầng giao thông là hệ thống những công trình vật chất kỹ thuật, các công

trình kiến trúc và các phương tiện về tổ chức cơ sở hạ tầng mang tính nền móng cho sự phát triển của ngành giao thông vận tải và nền kinh tế Kết cấu hạ tầng giao thông bao gồm hệ thống cầu, đường, cảng biển, nhà ga, sân bay, bến bãi và hệ thống trang thiết bị phụ trợ: thông tin tín hiệu, biển báo, đèn đường [1]

1.1.2 Đặc điểm hạ tầng giao thông

Hạ tầng giao thông thường mang những đặc trưng cơ bản:

• Tính hệ thống: hạ tầng giao thông tác động lên hoạt động sản xuất xã hội trên quy mô rộng Sự trục trặc về hạ tầng giao thông ở một khâu, mắt xích nào đó có thể gây ra ách tắc toàn hệ thống sản xuất, ảnh hưởng đến nhiều tác nhân tham gia

• Tính đồng bộ: các bộ phận cấu thành hệ thống hạ tầng giao thông phải có

sự liên kết đồng bộ, cân đối trong tổng thể hợp lý Sự thiếu đồng bộ có thể

sẽ dẫn đến làm tê liệt cả hệ thống hoặc làm cho công trình không thể phát huy được hết tác dụng

• Tính tiên phong, định hướng: muốn phát triển sản xuất và các hoạt động

xã hội thì hệ thống hạ tầng giao thông phải được đi trước một bước, nghĩa

là phải được xây dựng xong, hoàn chỉnh sau đó các hoạt động sản xuất và đời sống xã hội mới có thể diễn ra Trong khoảng thời gian dài hạ tầng giao thông thường tác động tới hướng phát triển các hoạt động sản xuất và

mở đường cho các hoạt động kinh tế - xã hội phát triển

• Tính công cộng: phần lớn sản phẩm do hạ tầng giao thông tạo ra là những sản phẩm hàng hóa công cộng Nhiều đối tượng, không phân biệt vị trí xã hội hoặc kinh tế đều có thể tham gia hưởng lợi

• Tính vùng: việc phát triển hạ tầng giao thông phải tính đến và lệ thuộc rất nhiều vào điều kiện tự nhiên (địa hình, các nguồn tài nguyên, tính chất sản xuất xã hội,…) điều đó có nghĩa là việc phát triển hạ tầng giao thông phải tùy thuộc vào điều kiện địa lý có sẵn, vào hướng phát triển kinh tế của từng vùng, khu vực… không thể có hệ thống hạ tầng giao thông giống nhau trải khắp đất nước

Đặc trưng của kết cấu hạ tầng là có tính thống nhất và đồng bộ, giữa các bộ phận

có sự gắn kết hài hoà với nhau tạo thành một thể vững chắc đảm bảo cho phép phát huy được sức mạnh tổng hợp của cả hệ thống Đặc trưng thứ hai là các công trình kết cấu hạ tầng có quy mô lớn và chủ yếu ở ngoài trời, bố trí rải rác trên phạm vi rộng lớn, chịu

ảnh hưởng nhiều của tự nhiên[1]

1.1.3 Phân loại hạ tầng giao thông

Hạ tầng giao thông được phân loại theo nhiều tiêu thức tùy thuộc vào bản chất

và phương pháp quản lý Có thể phân loại theo hai tiêu thức phổ biến sau:

a) Phân theo tính chất các loại đường

Hạ tầng đường bộ bao gồm hệ thống các loại đường quốc lộ, đường tỉnh lộ,

đường huyện, đường xã, đường đô thị, đường chuyên dùng và hệ thống các loại cầu: cầu vượt, cầu chui,… cùng những cơ sở vật chất khác phục vụ cho việc vận chuyển trên bộ như: bến bãi đỗ xe, tín hiệu, biển báo giao thông, đèn đường chiếu sáng,

Hạ tầng đường sắt bao gồm các tuyến đường ray, cầu sắt, đường hầm, các nhà

ga và hệ thống thông tin tín hiệu đường sắt

Hạ tầng đường sông bao gồm các cảng sông, luồng lạch, kè bờ là những tiền

đề để tiến hành khai thác vận tải đường thuỷ

Hạ tầng đường biển bao gồm hệ thống các cảng biển, cảng nước sâu, cảng

container và các công trình phục vụ vận tải đường biển như hoa tiêu, hải đăng

Hạ tầng hàng không là những sân bay, đường băng

b) Phân theo khu vực

Hạ tầng giao thông đô thị bao gồm hai bộ phận: giao thông đối ngoại và giao thông nội thị Giao thông đối ngoại là các đầu nút giao thông đường bộ, đường thuỷ, đường sắt, đường hàng không nối liền hệ thống giao thông nội thị với hệ thống giao thông quốc gia và quốc tế Giao thông nội thị là hệ thống các loại đường nằm trong nội

bộ, nội thị thuộc phạm vị địa giới hành chính của một địa phương, một thành phố Giao thông tĩnh trong đô thị bao gồm nhà ga, bến xe ô tô, các điểm đỗ xe

Hạ tầng giao thông nông thôn chủ yếu là đường bộ bao gồm các đường liên xã, liên thôn và mạng lưới giao thông nội đồng phục vụ sản xuất nông ngư nghiệp Hạ tầng giao thông nông thôn đóng góp một phần quan trọng vào hệ thống giao thông quốc gia,

là khâu đầu và cũng là khâu cuối của quá trình vận chuyển phục vụ sản xuất, tiêu thụ hàng nông sản và sản phẩm tiêu dùng cho toàn bộ khu vực nông thôn

1.2 Quản lý hạ tầng giao thông

1.2.1 Khái niệm

Trong các loại hạ tầng giao thông, đường bộ là loại công trình bổ trợ cho tất cả các loại hạ tầng giao thông khác như đường sắt và đường sông Mạng lưới đường bộ kết nối các bến xe, nhà chờ xe bus, bãi đậu xe tạo thành một hệ thống giao thông liên hoàn, thông suốt Việc tổ chức giao thông đi và đến các đầu mối giao thông này rất phức tạp, đòi hỏi phải kết hợp các phương thức vận tải như đường bộ, đường sắt, đường sông

Do tầm quan trọng của hệ thống giao thông đối với sản xuất và đời sống xã hội, nên việc quản lý hệ thống này là rất cần thiết vì sự phát triển của cộng đồng

Quản lý như một chức năng bắt nguồn từ tính xã hội của lao động trong điều kiện phát triển kinh tế, quản lý được xem là thước đo của hầu hết các hoạt động kinh tế - xã hội Tùy theo đối tượng quản lý mà người ta có thể phân chia thành các loại như: quản

lý kinh tế, quản lý xã hội hay chia thành quản lý công nghiệp, quản lý nông nghiệp,… trong đó có quản lý hạ tầng giao thông

Quản lý hạ tầng giao thông là quá trình sử dụng công cụ và phương pháp quản

lý để thực hiện các nội dung: hoạch định, tổ chức, chỉ đạo, thanh tra, kiểm tra các quan

hệ kinh tế - xã hội trong hoạt động sử dụng hạ tầng giao thông để đạt được các mục tiêu

đã định nhằm hướng ý chí và hành động của các chủ thể quản lý vào mục tiêu chung,

kết hợp hài hòa lợi ích cá nhân, lợi ích tập thể và lợi ích Nhà nước[2]

Quản lý hạ tầng giao thông là một bộ phận, đồng thời cũng là nội dung cơ bản của quản lý kinh tế - xã hội Chủ thể quản lý là Nhà nước có chức năng và nhiệm vụ quản lý đối với tất cả các cá nhân, tổ chức thuộc các thành phần kinh tế, nhưng không được can thiệp trực tiếp vào hoạt động sản xuất kinh doanh của doanh nghiệp

Quản lý hạ tầng giao thông là một trong những lĩnh vực đặc biệt quan trọng, cần phải được Nhà nước quan tâm hàng đầu trong bối cảnh toàn cầu hóa, hội nhập kinh tế quốc tế ngày càng sâu rộng, nhu cầu đi lại, giao thương ngày càng tăng, kéo theo đó là hàng loạt vấn đề phát sinh liên quan đến hạ tầng giao thông

Đảm bảo hiệu quả công tác quản lý trên địa bàn: triển khai nâng cao vai trò và

trách nhiệm của lực lượng bảo vệ thực hiện công tác quản lý đô thị; Tổ chức rà soát, kiểm tra phát hiện, xử lý kịp thời các công trình xây dựng không phép, sai phép trên địa bàn ảnh hưởng đến giao thông

1.3 Hiện trạng quản lý hạ tầng giao thông tại Quảng Ngãi

Quá trình khảo sát được thực hiện tại Sở Giao thông Vận Tải Quảng Ngãi là đơn

vị có chức năng đơn vị có chức năng quản lý, tuần tra bảo vệ công trình giao thông cầu, đường bộ và đường thủy nội địa trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi Hiện nay, công tác quản

lý được thực hiện dựa trên nhiều loại phần mềm khác nhau như: Microsoft Office (Word,

Excel ); AutoCAD (chuyên ngành); Arcgis (ứng dụng GIS để quản lý hạ tầng)

a) Phần mềm Microsoft Word

Microsoft Office là một bộ ứng dụng văn phòng gồm các chương trình: Word, Excel, PowerPoint… Trong đó công cụ được sử dụng nhiều nhất làm Microsoft Word, Microsoft Excel

Microsoft Word là một chương trình soạn thảo văn bản phổ biển hiện nay được

ứng dụng cho việc soạn thảo công văn, báo cáo, Các số liệu, dữ liệu trong các văn bản phải lấy từ các nguồn chương trình khác như Microsoft Excel, bản vẽ AutoCAD

Khi thực hiện nhiều văn bản giấy tờ giống nhau (giấy phép) thì ta phải thực hiện lại tuần tự từ đầu đến cuối hoặc sửa từ file khác tương tự làm mất nhiều thời gian cho việc soạn thảo những văn bản có nội dung gần tương tự nhau

b) Phần mềm Microsoft Excel

Microsoft Excel là chương trình xử lý bảng tính trong bộ Microsoft Office của

hãng phần mềm Microsoft được thiết kế để giúp ghi lại, trình bày các thông tin xử lý dưới dạng bảng, thực hiện tính toán và xây dựng các số liệu thống kê trực quan có trong bảng từ Excel Ứng dụng trong công tác thống kê số liệu để thực hiện nhiệm vụ do sở giao như thống kê tai nạn, điểm đen, các công trình đang xuống cấp cần sửa chữa

Số liệu, dữ liệu lưu trữ trong Excel được chuyển qua phần mềm Microsoft Word

để thực hiện việc báo cáo Do dữ liệu lưu trữ theo dạng bảng không được mềm dẻo, trực quan và khó chỉnh sửa thao tác, khi dữ liệu nhiều thì rất khó quan sát dễ gây nhầm lẫn khi thực hiện việc thống kê

c) Phần mềm AutoCAD

AutoCAD là một ứng dụng phần mềm soạn thảo 2-D và 3-D được sử dụng trong

kiến trúc, xây dựng và sản xuất để hỗ trợ chuẩn bị bản thiết kế và các kế hoạch kỹ thuật khác AutoCAD được đơn vị sử dụng vào công việc xem, thiết kế, quản lý kết cấu của công trình đường bộ, công trình cầu bằng các bản vẽ liên quan

Đây là phần mềm chuyên ngành xây dựng nên không phải ai cũng biết sử dụng

và không dùng để soạn thảo và không có hệ thống dữ liệu trực quan để tiến hành trích xuất, theo dõi riêng biệt [35]

d) Phần mềm ArcGis

ArcMap là một phần trong bộ phần mềm ArcGis về hệ thống thông tin địa lý của

hãng ESRI, cung cấp một giải pháp toàn diện từ thu thập, nhập số liệu, chỉnh lý và phân tích thông tin với các cấp độ khác nhau[33][34]

Xét về mặt công nghệ, công nghệ ESRI có thể xem xét như là một giải pháp mang tính chất tổng thể và hoàn chỉnh, có khả năng khai thác hết các chức năng của GIS trên các ứng dụng khác nhau như: desktop (ArcGIS Desktop), máy chủ (ArcGIS Server), các ứng dụng Web (ArcIMS, ArcGIS Online), hoặc hệ thống thiết bị di động (ArcPAD)

và có khả năng tương tích cao đối với nhiều loại sản phẩm của nhiều hãng khác nhau

Hiện nay, công nghệ GIS phát triển rất nhanh, trong đó phần mềm ArcMap là một trong những phần mềm với nhiều công cụ hỗ trợ, tính năng mạnh mẽ Việc sử dụng phần mềm ArcMap trong việc số hóa dữ liệu giao thông đường bộ, đường thủy có thể giúp tăng cường công tác quản lý kỹ thuật

Dữ liệu được sử dụng trong phần mềm ArcMap là dữ liệu thông tin địa lý được

số hóa tương thích với nhiều loại phần mềm khác vì vậy rất thuận lợi trong việc sử dụng lại dữ liệu khi có nhu cầu kết nối với một sản phẩm của đơn vị khác Đồng thời có thể chia sẻ dữ liệu với các ngành khác

Tuy nhiên đây là phần mềm rất khó tiếp cận, khó sử dụng, hệ cơ sở dữ liệu theo dạng bảng không được mềm dẻo, khó chỉnh sửa khi có thêm các thuộc tính mới Và để duy trì việc ứng dụng thường xuyên phần mềm ArcGIS vào công tác quản lý cần có nguồn kinh phí rất lớn Cán bộ sử dụng phần mềm yêu cầu phải có chuyên môn sâu

Phần mềm VBMS là phần mềm của tổng cục đường bộ dùng để theo dõi, lưu trữ

hệ thống công trình trực tuyến tại Việt Nam Đây là phần mềm của Tổng cục đường bộ nên chỉ được thường xuyên cập nhật cơ sở dữ liệu lên phần mềm

Phần mềm không ứng dụng công tác quản lý của đơn vị vì phần mềm chỉ mới khái quát được hệ thống dữ liệu cơ bản của Công trình cầu phục vụ công tác quản lý của Tổng cục đường bộ là chính[37]

g) Phần mềm quản lý tài sản (DRVN)

Phần mềm DRVN là phần mềm của tổng cục đường bộ dùng để theo dõi, lưu trữ

hệ thống công trình đường bộ trực tuyến tại Việt Nam Mục đích để tính khấu hao cũng như biết thời gian cần sửa chữa trung tu, đại tu của các công trình đường bộ để phân bổ vốn hợp lý[38]

Vì đây là phần mềm của Tổng cục đường bộ nên Công ty chỉ thường xuyên cập nhật cơ sở dữ liệu lên phần mềm

Phần mềm không ứng dụng công tác quản lý của đơn vị vì phần mềm chỉ mới khái quát được hệ thống dữ liệu tài sản cơ bản của Công trình đường bộ phục vụ công tác quản lý tài sản của Tổng cục đường bộ là chính

h) Phần mềm Văn phòng điện tử (eOffice)

Văn phòng điện tử là hệ thống phần mềm trao đổi thông tin, điều hành tác nghiệp

và quản lý trình duyệt công văn, văn bản, hồ sơ công việc trên mạng máy tính Phần mềm được thiết kế thân thiện đối với người sử dụng, giao diện hoàn toàn tiếng Việt Tiêu chí của eOffice là đưa đến cho người sử dụng phần lớn những tiện ích của mạng máy tính, của Internet nhưng với một cách tiếp cận tự nhiên nhất, giúp người sử dụng dần có một tác phong làm việc hiện đại, hiệu quả, dễ dàng tiếp cận với các ứng dụng công nghệ thông tin hơn

Vì đây là phần mềm của công ty TNHH BKIS nên công ty chỉ cập nhật sửa lỗi

và các tính năng sử dụng chung Và phần mềm chỉ phục vụ công tác trao đổi thông tin

và điều hành văn bản

1.4 Khó khăn và thách thức

Qua khảo sát có thể nhận thấy những khó khăn trong hiện trạng quản lý hạ tầng giao thông như sau:

Tính bất đồng bộ: dữ liệu được lưu trữ ở nhiều dạng khác nhau, bằng nhiều phần

mềm và hệ thống không có liên kết khác nhau dẫn đến tính bất đồng bộ trong dữ liệu

Tính phân tán: việc quản lý cơ sở hạ tầng giao thông nhằm mục tiêu duy tu, bảo

dưỡng, xây mới hay tra cứu với nhiều mục đích khác nhau, cần có sự liên kết thông tin giữa nhiều nguồn dữ liệu khác nhau Tuy nhiên hiện trạng dữ liệu được lưu trữ bằng nhiều hệ thống khác nhau, trên các thiết bị khác nhau và bởi nhiều người khác nhau Việc phân tán dữ liệu một cách nghiêm trọng sẽ dẫn đến những khó khăn và sai sót nghiêm trọng trong quá trình truy vấn thông tin về hạ tầng giao thông

Thao tác bán tự động: các hệ thống hỗ trợ quản lý thông tin hạ tầng giao thông

hiện tại chưa hỗ trợ toàn diện, dẫn đến các thao tác lưu trữ, truy vấn kết quả mang tính bán tự động, cần thao tác thủ công qua nhiều giai đoạn trước khi có được kết quả truy vấn cuối cùng Việc lưu trữ dữ liệu với hiện trạng hiện tại hầu như ít có khả năng đáp ứng truy vấn câu hỏi trong thời gian ngắn, dẫn đến việc giảm hiệu suất quản lý, cũng như giảm tính chính xác của các kết quả báo cáo vì các sai sót trong quá trình tổng hợp báo cáo Do vậy, khó khăn trong quá trình tổng hợp, sàng lọc truy vấn dữ liệu và tính chính xác của kết quả là một thách thức của nhà quản lý

Không có khả năng mở rộng: các hệ thống hiện dùng đều mang tính dùng chung

hay chỉ đáp ứng một phần công tác quản lý, khó có khả năng mở rộng nhằm hoàn thiện công tác quản lý tự động và nâng hiệu suất Vì vậy cần thiết có một giải pháp nhằm cung cấp khả năng liên kết cũng như tổng hợp dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau trong quá trình quản lý thông tin cơ sở hạ tầng giao thông nhằm hỗ trợ nhà quản lý xử lý cũng như tổng hợp dữ liệu có khả năng mang lại hiệu suất và tính chính xác là cần thiết cấp bách

Hiện nay có nhiều giải pháp quản lý cơ sở hạ tầng giao thông đã được giới thiệu, được xây dựng nền tảng GIS hay cơ sở dữ liệu quan hệ [24] Tuy nhiên, đặc thù về thông tin đa dạng của cơ sở hạ tầng giao thông và nhu cầu quản lý hiện tại, việc duy trì và phát triển một hệ thống mang tính tổng quát có khả năng tích hợp nhiều loại thông tin là một bài toán mang tính thách thức cao

1.5 Bài toán cần giải quyết

Từ các khảo sát và phân tích hiện trạng, bài toán được đặt ra nhằm giải quyết công tác quản lý thông tin hạ tầng giao thông một cách toàn diện có khả năng đáp ứng nhu cầu mở rộng cũng như cải thiện hiệu năng quản lý

Việc này cần một hệ thống cơ sở dữ liệu tổng quát nhằm kết nối và lưu trữ tất cả các loại dữ liệu có thể xuất hiện trong công tác quản lý thông tin hạ tầng giao thông Các loại dữ liệu có thể xuất hiện như: dữ liệu GIS, dữ liệu quan hệ, bản vẽ kỹ thuật, hình ảnh, video, pdf,…

Mục tiêu của việc thống nhất dữ liệu là phát triển một hệ thống quản lý dễ dàng,

có khả năng kết nối đến cơ sở dữ liệu từ các sở ban ngành liên quan cũng như chia sẽ

dữ liệu đến các sở ban ngành liên quan

Nghiên cứu này đề xuất giải pháp sử dụng cơ sở dữ liệu đồ thị để làm cơ sở dữ liệu tổng quát Trong đó, đầu vào là tất cả các loại dữ liệu có thể có, đầu ra là kết quả của một câu truy vấn

Ngoài ra, hầu hết các hệ thống quản lý thông tin có liên quan đến GIS thường sẽ được xây dựng trên nền tảng GIS nhằm tận dụng tối đa sức mạnh sẵn có của GIS Tuy nhiên, công tác quản lý thông tin hạ tầng giao thông có lượng cấu trúc thông tin phức tạp cũng như có tính thay đổi cao Việc xây dựng hệ thống GIS linh hoạt cập nhật thường xuyên cần có nguồn kinh phí rất lớn

Vì vậy, cần thiết có một hệ thống có khả năng kết nối giữa các loại dữ liệu rời rạc và khác biệt trong quản lý thông tin hạ tầng giao thông

CHƯƠNG 2

HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ GIS TRONG

QUẢN LÝ HẠ TẦNG GIAO THÔNG

2.1 Giới thiệu GIS

GIS (Geographic Information System – Hệ thống thông tin địa lý) là một hệ thống được thiết kế để nắm bắt, lưu trữ, thao tác, phân tích, quản lý và trình bày tất cả loại dữ liệu địa lý Từ khóa cho công nghệ này là Geography – có nghĩa là một phần của dữ liệu

là không gian (spatial) Nói cách khác, dữ liệu theo một cách nào đó được tham chiếu đến các vị trí trên trái đất [32]

Cùng với những dữ liệu này thường là dữ liệu dạng bảng được biết như là dữ liệu thuộc tính Dữ liệu thuộc tính có thể được định nghĩa chung là thông tin bổ sung về từng tính năng không gian Ví dụ: vị trí thực tế của trường học là dữ liệu không gian, dữ liệu

bổ sung như tên trường, cấp bậc dạy, năng lực của học sinh là dữ liệu thuộc tính

Sự hợp thành của hai kiểu dữ liệu này cho phép GIS trở thành một công cụ giải quyết vấn đề hiệu quả thông qua phân tích không gian

GIS không chỉ là phần mềm Con người và những phương pháp được kết hợp với phần mềm không gian địa lý (geospatial software) và những công cụ để cho phép phân tích không gian, quản lý các bộ dữ liệu lớn (large datasets) và hiển thị thông tin dưới dạng bản đồ/đồ họa [3]

Phần cứng: Phần cứng là hệ thống máy tính trên đó một hệ GIS hoạt động Ngày nay, phần mềm GIS có khả năng chạy trên rất nhiều dạng phần cứng, từ máy chủ trung tâm đến các máy trạm hoạt động độc lập hoặc liên kết mạng

Phần mềm: Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và các công cụ cần thiết để lưu giữ, phân tích và hiển thị thông tin địa lý Các thành phần chính trong phần mềm GIS là:

• Công cụ nhập và thao tác trên các thông tin địa lý

• Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS)

• Công cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý

• Giao diện đồ hoạ người-máy (GUI) để truy cập các công cụ dễ dàng

Dữ liệu: Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS là dữ liệu Các

dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể được người sử dụng tự tập hợp hoặc được mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu không gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng DBMS để tổ chức lưu giữ và quản

lý dữ liệu

Con người: Công nghệ GIS sẽ bị hạn chế nếu không có con người tham gia quản

lý hệ thống và phát triển những ứng dụng GIS trong thực tế Người sử dụng GIS có thể

là những chuyên gia kỹ thuật, người thiết kế và duy trì hệ thống, hoặc những người dùng GIS để giải quyết các vấn đề trong công việc

Phương pháp: một hệ GIS thành công theo khía cạnh thiết kế và luật thương mại

là được mô phỏng và thực thi duy nhất cho mỗi tổ chức

2.3 Hoạt động của GIS

a) Lập bản đồ ở mọi nơi

Nhờ vào GIS, chúng ta có thể lập bản đồ vị trí không gian của các tính năng thế giới thực và hình dung các mối quan hệ không gian trong số đó

b) Lập bản đồ số lượng

Con người lập bản đồ số lượng, chẳng hạn nơi nhiều nhất và ít nhất để tìm ra nơi đáp ứng nhu cầu của họ hoặc để xem các mối quan hệ giữa các địa điểm

c) Lập bản đồ mật độ

Đôi khi điều quan trọng hơn đối với nồng độ bản đồ, hoặc một số lượng trung bình theo diện tích hoặc là tổng số[43]

d) Tìm kiếm bên trong

GIS có thể được sử dụng để xác định những gì đang xảy ra hoặc những tính năng được đặt bên trong một khu vực hoặc khu vực cụ thể Chúng ta có thể xác định đặc điểm

“bên trong” bằng cách tạo ra các tiêu chí cụ thể để xác định một khu vực quan tâm[43]

e) Tìm kiếm những gì đang ở gần

Chúng ta có thể tìm thấy những gì đang xảy ra trong khoảng cách thiết lập của một tính năng hoặc sự kiện bằng cách lập bản đồ gần đó sử dụng các công cụ địa lý như BUFFER.[43]

f) Lập bản đồ thay đổi

Chúng ta có thể lập bản đồ thay đổi trong một khu vực địa lý cụ thể để dự đoán các tình trạng trong tương lai, quyết định hành động hoặc dự đoán kết quả của một hành động hoặc chính sách [43]

2.4 Nhiệm vụ của GIS

a) Nhiệm vụ GIS thứ nhất – Nhập dữ liệu

Trước khi dữ liệu địa lý có thể được dùng cho GIS, dữ liệu này phải được chuyển sang dạng số thích hợp [3] Quá trình chuyển dữ liệu từ bản đồ giấy sang các tập tin dữ liệu dạng số được gọi là quá trình số hoá Ngày nay, nhiều dạng dữ liệu địa lý thực sự

có các định dạng tương thích GIS Những dữ liệu này có thể thu được từ các nhà cung cấp dữ liệu và được nhập trực tiếp vào GIS

b) Nhiệm vụ GIS thứ hai – Thao tác dữ liệu

Có những trường hợp các dạng dữ liệu đòi hỏi được chuyển dạng và thao tác theo một số cách để có thể tương thích với một hệ thống nhất định Đây có thể chỉ là sự chuyển dạng tạm thời cho mục đích hiển thị hoặc cố định cho yêu cầu phân tích [45] Công nghệ GIS cung cấp nhiều công cụ cho các thao tác trên dữ liệu không gian và cho loại bỏ dữ liệu không cần thiết

c) Nhiệm vụ GIS thứ ba – Quản lý dữ liệu

Đối với những dự án GIS nhỏ, có thể lưu các thông tin địa lý dưới dạng các file đơn giản Tuy nhiên, khi kích cỡ dữ liệu trở nên lớn hơn và số lượng người dùng cũng nhiều lên, thì cách tốt nhất là sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS) để giúp cho việc lưu giữ, tổ chức và quản lý thông tin Có nhiều cấu trúc DBMS khác nhau, nhưng trong GIS cấu trúc quan hệ tỏ ra hữu hiệu nhất, dữ liệu được lưu trữ ở dạng các bảng Các trường thuộc tính chung trong các bảng khác nhau được dùng để liên kết các bảng này với nhau [12]

d) Nhiệm vụ GIS thứ tư – Hỏi đáp và phân tích

Một khi đã có một hệ GIS lưu giữ các thông tin địa lý, có thể bắt đầu hỏi các câu hỏi đơn giản như:

• Ai là chủ mảnh đất ở góc phố?

• Hai vị trí cách nhau bao xa?

• Vùng đất dành cho hoạt động công nghiệp ở đâu?

Và các câu hỏi phân tích như:

• Tất cả các vị trí thích hợp cho xây dựng các toà nhà mới nằm ở đâu?

• Kiểu đất ưu thế cho rừng sồi là gì?

• Nếu xây dựng một đường quốc lộ mới ở đây, giao thông sẽ chịu ảnh hưởng như thế nào?

GIS cung cấp cả khả năng hỏi đáp đơn giản “chỉ và nhấn” và các công cụ phân tích tinh vi để cung cấp kịp thời thông tin cho những người quản lý và phân tích [12] Các hệ GIS hiện đại có nhiều công cụ phân tích hiệu quả, trong đó có hai công cụ quan trọng đặc biệt: phân tích liền kề và phân tích chồng xếp

e) Nhiệm vụ GIS thứ năm – Hiển thị

Với nhiều thao tác trên dữ liệu địa lý, kết quả cuối cùng được hiển thị tốt nhất dưới dạng bản đồ hoặc biểu đồ Bản đồ khá hiệu quả trong lưu giữ và trao đổi thông tin địa lý GIS cung cấp nhiều công cụ mới và thú vị để mở rộng tính nghệ thuật và khoa học của ngành bản đồ Bản đồ hiển thị có thể được kết hợp với các bản báo cáo, hình ảnh ba chiều, ảnh chụp và những dữ liệu khác (đa phương tiện)

Ngược lại, dữ liệu raster phù hợp nhất với dữ liệu liên tục hoặc thông tin không

có ranh giới hoặc vị trí Như rasters, dữ liệu được xem như là một chuỗi các ô lưới nơi mỗi ô là một giá trị biểu diễn tính năng đang được quan sát Tưởng tượng như dữ liệu raster thích hợp cho mô hình hóa bề mặt như độ cao, nhiệt độ, lượng mưa hoặc độ pH đất Những hiện tượng này được đo tại các khoảng thời gian (các trạm thời tiết) và các giá trị ở giữa được thêm vào để tạo thành một bề mặt liên tục (a continous surface) Dữ liệu raster cũng bao gồm các hình ảnh cảm biến từ xa như chụp ảnh trên không và hình ảnh vệ tinh

2.6 Ứng dụng GIS

a) Ứng dụng GIS trong Môi trường

Theo những chuyên gia GIS kinh nghiệm nhất thì có rất nhiều ứng dụng đã phát triển trong những tổ chức quan tâm đến môi trường [33] Với mức đơn giản nhất thì người dùng sử dụng GIS để đánh giá môi trường, ví dụ như vị trí và thuộc tính của cây rừng Ứng dụng GIS với mức phức tạp hơn là dùng khả năng phân tích của GIS để mô hình hóa các tiến trình xói mòn đất sư lan truyền ô nhiễm trong môi trường khí hay nước,

hoặc sự phản ứng của một lưu vực sông dưới sự ảnh hưởng của một trận mưa lớn Nếu những dữ liệu thu thập gắn liền với đối tượng vùng và ứng dụng sử dụng các chức năng phân tích phức tạp thì mô hình dữ liệu dạng ảnh (raster) có khuynh hướng chiếm ưu thế

b) Ứng dụng GIS trong Khí tượng thuỷ văn

Trong lĩnh vực này GIS được dùng như là một hệ thống đáp ứng nhanh, phục vụ chống thiên tai như lũ quét ở vùng hạ lưu, xác định tâm bão, dự đoán các luồng chảy, xác định mức độ ngập lụt, từ đó đưa ra các biện pháp phòng chống kịp thời…[33] vì những ứng dụng này mang tính phân tích phức tạp nên mô hình dữ liệu không gian dạng ảnh (raster) chiếm ưu thế

c) Ứng dụng GIS trong Nông nghiệp, quản lý đất đai

Những ứng dụng đặc trưng: Giám sát thu hoạch, hệ thống quản lý đất đai, dự báo

về hàng hoá, nghiên cứu về đất trồng, kế hoạch tưới tiêu, kiểm tra nguồn nước,…[33]

d) Ứng dụng GIS trong Dịch vụ tài chính

GIS được sử dụng trong lĩnh vực dịch vụ tài chính tương tự như là một ứng dụng đơn lẻ Nó đã từng được áp dụng cho việc xác định vị trí những chi nhánh mới của Ngân hàng Hiện nay việc sử dụng GIS đang tăng lên trong lĩnh vực này, nó là một công cụ đánh giá rủi ro và mục đích bảo hiểm, xác định với độ chính xác cao hơn những khu vực

có độ rủi ro lớn nhất hay thấp nhất Lĩnh vực này đòi hỏi những dữ liệu cơ sở khác nhau như là hình thức vi phạm luật pháp, địa chất học, thời tiết và giá trị tài sản

e) Ứng dụng GIS trong Y tế

Ngoại trừ những ứng dụng đánh giá, quản lý mà GIS hay được dùng, GIS còn có thể áp dụng trong lĩnh vực y tế Ví dụ như, chỉ ra lộ trình nhanh nhất giữa vị trí hiện tại của xe cấp cứu và bệnh nhân cần cấp cứu, dựa trên cơ sở dữ liệu giao thông GIS cũng

có thể được sử dụng như là một công cụ nghiên cứu dịch bệnh để phân tích nguyên nhân bộc phát và lây lan bệnh tật trong cộng đồng

f) Ứng dụng GIS cho Chính quyền địa phương

Chính quyền địa phương là một trong những lĩnh vực ứng dụng rộng lớn nhất của GIS, bởi vì đây là một tổ chức sử dụng dữ liệu không gian nhiều nhất Tất cả các cơ quan của chính quyền địa phương có thể có lợi từ GIS GIS có thể được sử dụng trong việc tìm kiếm và quản lý thửa đất, thay thế cho việc hồ sơ giấy tờ hiện hành Cơ quan quản lý địa phương cũng có thể sử dụng GIS trong việc bảo dưỡng nhà cửa và đường giao thông GIS còn được sử dụng trong các trung tâm điều khiển và quản lý các tình huống khẩn cấp

g) Ứng dụng GIS trong thị trường bán lẻ

Phần lớn siêu thị vùng ngoại ô được xác định vị trí với sự trợ giúp của GIS GIS thường lưu trữ những dữ liệu về kinh tế-xã hội của khách hàng trong một vùng nào đó Một vùng thích hợp cho việc xây dựng môt siêu thị có thể được tính toán bởi thời gian

đi đến siêu thị, và mô hình hoá ảnh hưởng của những siêu thị cạnh tranh GIS cũng được dùng cho việc quản lý tài sản và tìm đường phân phối hàng ngắn nhất

h) Ứng dụng GIS trong Giao thông

GIS có khả năng ứng dụng đáng kể trong lĩnh vực vận tải Việc lập kế hoạch và duy trì cơ sở hạ tầng giao thông rõ ràng là một ứng dụng thiết thực, nhưng giờ đây có

sự quan tâm đến một lĩnh vực mới là ứng dụng định vị trong vận tải hàng hải, và hải đồ điện tử Loại hình đặc trưng này đòi hỏi sự hỗ trợ của GIS

i) Ứng dụng GIS cho các dịch vụ điện, nước, gas, điện thoại…

Những công ty trong lĩnh vực này là những người dùng GIS linh hoạt nhất, GIS được dùng để xây dựng những cơ sở dữ liệu là cái thường là nhân tố của chiến lược công nghệ thông tin của các công ty trong lĩnh vự này Dữ liệu vector thường được dùng trong các lĩnh vực này Những ứng dụng lớn nhất trong lĩnh vực này là Automated Mapping

và Facility Management (AM-FM) được dùng để quản lý các đặc điểm và vị trí của các cáp, valve… Những ứng dụng này đòi hỏi những bản đồ số với độ chính xác cao

Một tổ chức dù có nhiệm vụ là lập kế hoạch và bảo dưỡng mạng lưới vận chuyền hay là cung cấp các dịch vụ về nhân lực, hỗ trợ cho các chương trình an toàn công cộng

và hỗ trợ trong các trường hợp khẩn cấp, hoặc bảo vệ môi trường, thì công nghệ GIS

luôn đóng vai trò cốt yếu bằng cách giúp cho việc quản lý và sử dụng thông tin địa lý một cách hiệu quả nhằm đáp ứng các yêu cầu hoạt động và mục đích chương trình của

dữ liệu DBMS và các ứng dụng liên quan có thể được gọi là “hệ thống cơ sở dữ liệu” Thông thường thuật ngữ “cơ sở dữ liệu” cũng được sử dụng để nói đến DBMS, hệ thống

cơ sở dữ liệu hoặc ứng dụng nào được liên kết với cơ sở dữ liệu [30]

Các nhà khoa học máy tính phân loại các hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu theo các

mô hình cơ sở dữ liệu mà họ hỗ trợ Cơ sở dữ liệu quan hệ đã trở nên thống trị trong những năm 1980 Những dữ liệu mô hình này dưới dạng các hàng và cột trong một loạt các bảng và phần lớn sử dụng SQL để ghi và truy vấn dữ liệu Vào những năm 2000, các cơ sở dữ liệu phi quan hệ đã trở nên phổ biến, được gọi là NoSQL vì chúng sử dụng các ngôn ngữ truy vấn khác [27]

3.2 Các phương pháp quản lý dữ liệu

Một số loại cơ sở dữ liệu thường được nhắc đến như: cơ sở dữ liệu lớn, cơ sở dữ liệu hướng tài liệu, cơ sở dữ liệu hướng đối tượng, cơ sở dữ liệu đồ thị, cơ sở dữ liệu tri thức, cơ sở dữ liệu tập trung, cơ sở dữ liệu phân tán, cơ sở dữ liệu đám mây, cơ sở dữ liệu quan hệ… Với mỗi loại cơ sở dữ liệu này lại kéo theo rất nhiều các công nghệ liên quan, mục đích sử dụng và kỹ thuật thực hiện

Tuy nhiên, phương pháp quản lý dữ liệu thường được phân loại theo một số hình thức của dữ liệu cơ bản sau [11]:

a) Phân loại theo loại dữ liệu

Cơ sở dữ liệu có cấu trúc (structured database)

Cơ sở dữ liệu phi cấu trúc (unstructured database)

Cơ sở dữ liệu bán cấu trúc (semi-structured database)

b) Phân loại theo hình thức lưu trữ, mô hình tổ chức

Cơ sở dữ liệu dạng tệp (file database)

Cơ sở dữ liệu quan hệ (relational database)

Cơ sở dữ liệu phân cấp (herachical database)

c) Phân loại theo đặc tính sử dụng

Cơ sở dữ liệu hoạt động (operational databases)

Cơ sở dữ liệu kho (data warehouse)

Cơ sở dữ liệu ngữ nghĩa (semantic database)

d) Phân loại theo mô hình triển khai

Cơ sở dữ liệu tập trung (centralized database)

Cơ sở dữ liệu phân tán (distributed database)

Cơ sở dữ liệu tập trung có bản sao

3.3 Cơ sở dữ liệu quan hệ

3.3.1 Khái niệm

Cơ sở dữ liệu quan hệ là một tập hợp các bảng mà dữ liệu có thể được truy cập

từ đó hoặc được tái tạo lại trong vô số cách mà không phải sắp xếp lại các bảng dữ liệu

Cơ sở dữ liệu quan hệ dựa trên mô hình dữ liệu quan hệ Trong mô hình này, dữ liệu được tổ chức thành một hoặc nhiều bảng (hoặc “quan hệ”) có các cột và hàng Mỗi hàng được xác định bằng cách sử dụng một khóa duy nhất Những hàng này được gọi là bản ghi hoặc bộ dữ liệu Các cột được gọi là các thuộc tính Mỗi bảng/quan hệ biểu thị một "loại thực thể" (chẳng hạn như sản phẩm hoặc cá nhân) Các hàng biểu thị một cá thể của một loại thực thể Các cột biểu thị các thuộc tính được gán cho cá thể đó

Các cơ sở dữ liệu quan hệ phổ biến bao gồm Microsoft SQL Server, Oracle Database, MySQL và IBM DB2

3.3.2 Lược đồ quan hệ và chuẩn hóa

a) Lược đồ quan hệ

Lược đồ quan hệ là tập hợp tất cả các thuộc tính cần quản lý của một đối tượng với mối liên hệ giữa chúng kèm theo một mô tả để xác định ý nghĩa, nhằm mô tả cấu trúc của quan hệ, các mối liên hệ giữa các thuộc tính trong quan hệ đó

Nhiều lược đồ quan hệ cùng nằm trong một hệ thống quản lý gọi là một lược đồ

cơ sở dữ liệu

Các thành phần trong lược đồ quan hệ:

• Thuộc tính: là đặc điểm của một đối tượng

• Quan hệ: là một tập hợp hữu hạn các thuộc tính

• Bộ: là các thông tin của một đối tượng thuộc quan hệ và ta hay còn gọi là mẫu tin hoặc là dòng, mỗi bộ chính là một dòng thông tin trong bảng

• Tân từ: là một quy tắc dùng để mô tả cho quan hệ Đây là những gợi ý và cũng là các câu hỏi giúp người thiết kế cơ sở dữ liệu có thể vẽ ra biểu đồ

Chuẩn hoá dữ liệu có thể được xem như một quá trình phân tích các lược đồ quan

hệ cho trước dựa trên các phụ thuộc hàm và các khoá chính của chúng để đạt đến các tính chất mong muốn theo tiêu chí:

• Cực tiểu sự dư thừa

• Cực tiểu các phép cập nhật bất thường

Dạng chuẩn của một quan hệ liên quan đến điều kiện dạng chuẩn cao nhất mà nó thoả mãn Các dạng chuẩn khi được xem xét độc lập với các sự kiện khác không đảm bảo một thiết kế cơ sở dữ liệu tốt Tốt hơn là quá trình chuẩn hoá thông qua phép tách

phải khẳng định một vài tính chất hỗ trợ mà tất cả các lược đồ quan hệ phải có Chúng gồm hai tính chất sau:

• Tính chất nối không mất mát (hoặc nối không phụ thêm), nó đảm bảo rằng vấn đề tạo ra các bộ giả không xuất hiện đối với các lược đồ quan hệ được tạo ra sau khi tách

• Tính chất bảo toàn sự phụ thuộc, nó đảm bảo rằng từng phụ thuộc hàm sẽ được biểu hiện trong các quan hệ riêng rẽ nhận được sau khi tách

• Tính chất nối không mất mát là rất quan trọng, phải đạt được bằng mọi giá, còn tính chất bảo toàn phụ thuộc thì cũng rất mong muốn nhưng đôi khi có thể hy sinh

Các dạng chuẩn:

• 1NF: là dạng chuẩn mà miền giá trị của một thuộc tính chỉ chứa các giá trị nguyên tử (đơn, không phân chia được) và giá trị của mỗi thuộc tính trong một bộ phải là một giá trị đơn lấy từ miền giá trị của thuộc tính đó 1NF không cho phép quan hệ có các thuộc tính đa trị hoặc có các nhóm thuộc tính lặp (quan hệ trong quan hệ)

• 2NF: Dạng chuẩn 2 dựa trên khái niệm phụ thuộc hàm đầy đủ Việc kiểm

tra đối với 2NF bao gồm việc kiểm tra đối với các phụ thuộc hàm có các thuộc tính ở vế trái của nó là một bộ phận của khoá chính Một lược đồ

quan hệ R là ở dạng chuẩn 2 nếu nó thỏa mãn dạng chuẩn 1 và mỗi thuộc

tính không khoá phụ thuộc hàm đầy đủ vào khoá chính

• 3NF: Dạng chuẩn 3 dựa trên khái niệm phụ thuộc bắc cầu Theo định nghĩa nguyên thuỷ của Codd, một lược đồ quan hệ R là ở 3NF nếu nó thoả mãn 2NF và không có thuộc tính không khoá nào của R là phụ thuộc bắc cầu vào khoá chính

• BCNF: Một lược đồ quan hệ R được gọi là ở dạng chuẩn Boyce-Codd (BCNF) nếu nó là ở dạng chuẩn 3NF và không có các thuộc tính khóa phụ thuộc hàm và thuộc tính không khóa

3.3.3 Mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ

a) Khái niệm

Mô hình CSDL quan hệ lần đầu tiên được E.F.Codd và tiếp sau đó được công ty IBM giới thiệu vào năm 1970 Ngày nay, hầu hết các tổ chức đã áp dụng CSDL quan hệ

để quản lý dữ liệu trong đơn vị mình

Cấu trúc dữ liệu được tổ chức dưới dạng quan hệ hay còn gọi là bảng Thao tác

dữ liệu sử dụng những phép toán mạnh bằng ngôn ngữ truy vấn SQL

b) Một số khái niệm cơ bản

Mô hình quan hệ là cách thức biểu diễn dữ liệu dưới dạng các quan hệ (các bảng) Một quan hệ là một bảng dữ liệu 2 chiều (cột và dòng), mô tả một thực thể Mỗi cột tương ứng với một thuộc tính của thực thể Mỗi dòng chứa các giá trị dữ liệu của một đối tượng cụ thể thuộc thực thể

c) Các tính chất của một quan hệ

• Giá trị đưa vào cột là đơn nhất

• Các giá trị trong cùng một cột phải thuộc một miền giá trị

• Thứ tự dòng cột tuỳ ý

d) Các ràng buộc toàn vẹn trên quan hệ

Ràng buộc là những quy tắc được áp đặt lên trên dữ liệu đảm bảo tính tin cậy và

độ chính xác của dữ liệu Các luật toàn vẹn được thiết kế để giữ cho dữ liệu phù hợp và đúng đắn

Có 4 kiểu ràng buộc chính:

• Ràng buộc miền giá trị (Domain Constraints),

• Ràng buộc khoá (Key Constraints),

• Ràng buộc thực thể (Entity Integrity Constraints),

• Ràng buộc toàn vẹn tham chiếu (Referential Integrity Constraints)

e) Các phép toán trên cơ sở dữ liệu quan hệ

• Phép chèn (INSERT) : là phép bổ sung thêm một bộ vào quan hệ

• Phép loại bỏ (DELETE): Là phép xoá một bộ ra khỏi một quan hệ

• Phép cập nhật (UPDATE): Là phép tính dùng để sửa đổi một số giá trị nào

đó tại một số thuộc tính

3.3.4 Kết luận

Hướng tiếp cận cơ sở dữ liệu quan hệ rất tốt cho việc tổ chức dữ liệu doanh nghiệp

và hoàn toàn phù hợp với việc quản lý thông tin về hồ sơ và về chi tiết toàn bộ quá trình

xử lý sửa chữa các đối tượng giao thông Tuy nhiên, hướng tiếp cận này sẽ gặp vấn đề khi hệ thống trở nên phức tạp, đặc biệt là việc xây dựng thêm các tuyến đường mới, các cây cầu mới kèm với các chi tiết hồ sơ, xây dựng và kiểm định kèm theo Trong trường hợp này, sự gò bó trong các bản ghi sẽ tạo thành rào cản cho sự linh hoạt thích nghi của

đã tập trung vào các khía cạnh tĩnh của lưu trữ thông tin, trong khi công nghệ phần mềm

đã mô hình hóa các khía cạnh động của phần mềm Với sự xuất hiện của hệ thống quản

lý cơ sở dữ liệu thế hệ thứ ba, cụ thể là Hệ quản trị cơ sở dữ liệu hướng đối tượng

(OODBMS – Object-Oriented Database Management System) và Hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ - đối tượng (ORDBMS), hai ngành đã được kết hợp để cho phép mô hình hóa đồng thời cả dữ liệu và quy trình hành động theo dữ liệu

Kim (1991) định nghĩa như sau [16]:

• Mô hình dữ liệu hướng đối tượng (OODM – Object-Oriented Database

Model): một mô hình dữ liệu (luận lý) nắm bắt ngữ nghĩa của các đối tượng được hỗ trợ trong lập trình hướng đối tượng

• Cơ sở dữ liệu hướng đối tượng (OODB - Object-Oriented Database): một

tập các đối tượng liên tục và có thể chia sẻ được xác định bởi một mô hình

dữ liệu hướng đối tượng

• Hệ quản trị cơ sở dữ liệu hướng đối tượng (OODBMS): quản lý một cơ

sở dữ liệu hướng đối tượng

Đặc trưng của các hệ quản trị cơ sở dữ liệu hướng đối tượng:

• Phải lưu trữ và thao tác với các kiểu dữ liệu trừu tượng và khả năng cho phép người dùng định nghĩa các kiểu mới

• Biểu diễn các đối tượng ứng dụng có cấu trúc bằng mô hình quan hệ phẳng làm mất đi cấu trúc tự nhiên vốn có đối với các ứng dụng Mô hình quan

hệ tồn tại giữa các đối tượng không thể diễn đạt nhưng trong mô hình đối tượng lại rất dễ thể hiện

• Các hệ thống đối tượng, các ứng dụng phức tạp có thể được viết bằng một ngôn ngữ lập trình cơ sở dữ liệu xác định

3.4.2 Đối tượng và cơ sở dữ liệu đối tượng

Hệ quản trị cơ sở dữ liệu đối tượng là một hệ thống sử dụng đối tượng (Object) làm đơn vị cơ bản để mô hình hóa và truy xuất Đặc điểm chung của các mô hình đối tượng là:

Định danh đối tượng: mỗi thực thể trong thế giới thực được mô hình hóa vào

trong cơ sở dữ liệu được gọi là đối tượng Mỗi một đối tượng được xác định duy nhất bởi định danh đối tượng Định danh đối tượng do hệ thống sinh ra và được quản lý bởi

hệ thống

Các đối tượng phức hợp: các mô hình dữ liệu đối tượng cho phép cấu trúc kiểu

dữ liệu mới từ các kiểu dữ liệu đã có bởi cấu trúc bộ và cấu trúc tập hợp

Sự phân cấp kiểu: mô hình dữ liệu đối tượng cho phép có các kiểu con với các

tính chất đặc biệt của riêng nó

Một đối tượng có 4 đặc trưng:

• Định danh: mỗi đối tượng có một định danh (IDentifier – ID) duy nhất xác định trong toàn bộ hệ thống

• Giá trị: mỗi đối tượng có thể có một giá trị tại một thời điểm

• Các tham chiếu: các tham chiếu hay mà đối tượng có thể có

• Phương thức: các phương thức mà đối tượng có thể thực hiện

Cơ sở dữ liệu đối tượng được xét trên khía cạnh cấp phát, quản lý và hủy bỏ các đối tượng và các hành vi (cách ứng xử) của chúng Với mỗi đối tượng có hai vấn đề cần xem xét đó là Trạng thái và Hành vi

• Trạng thái được biểu diễn như một tập các biến thể hiện hay thuộc tính và chúng là các giá trị

• Hành vi của đối tượng được biểu diễn thông qua các phương thức Hành

vi định nghĩa các hành động được phép trên những đối tượng này và được

sử dụng để thao tác với các đối tượng đó

3.4.3 Kiểu dữ liệu

Kiểu dữ liệu trừu tượng (Abstract Data Type – ADT): là một hình thức mô tả cho tất cả các đối tượng thuộc kiểu đó Một kiểu dữ liệu trừu tượng mô tả kiểu của dữ liệu bằng cách cung cấp một miền dữ liệu cùng cấu trúc và các phương thức áp dụng cho các phần tử thuộc miền đó Khả năng trừu tượng của kiểu dữ liệu trừu tượng được gọi là đóng gói các chi tiết cài đặt, được viết bằng một ngôn ngữ hình thức

Thành phần kết hợp (Composition): là một trong những đặc trưng tiêu biểu

nhất trong mô hình dữ liệu đối tượng Nó cho phép chia sẻ tham chiếu đến đối tượng thông qua các định danh đối tượng của nó

Lớp (Class): là một nhóm các thể hiện đối tượng thuộc về một kiểu đã cho Một

lớp thường có dòng tộc của nó, đó là một tập hợp tất cả các đối tượng có kiểu đi kèm với lớp đó

Tập (Collection): là một nhóm do người dùng định nghĩa chứa các đối tượng

3.4.4 Quản lý đối tượng

Quản lý định danh đối tượng: Định danh đối tượng được hệ thống cấp phát và được dùng để xác định một cách duy nhất mỗi đối tượng trong hệ thống

Điều chế con trỏ: trong các hệ quản trị cơ sở dữ liệu đối tượng, để duyệt từ một đối tượng này đến một đối tượng khác, chúng ta dùng các biểu thức đường dẫn chứa các thuộc tính với giá trị của chúng dựa trên đối tượng

Đối tượng này chính là các con trỏ Có hai loại con trỏ là con trỏ trong bộ nhớ và con trỏ đĩa

3.4.5 Kết luận

Cơ sở dữ liệu hướng đối tượng là một bước tiến trong việc quản lý dữ liệu Khả năng mô hình hóa phong phú qua khả năng cho phép ánh xạ mô hình thế giới thực bao gồm cả trạng thái và hành vi, khả năng mở rộng thông qua việc định nghĩa các kiểu dữ liệu mới

Tuy nhiên, cơ sở dữ liệu hướng đối tượng hiện nay vẫn chưa phải là lựa chọn tốt

vì thiếu mô hình dữ liệu phổ quát dùng chung cũng như thiếu các tiêu chuẩn, ngôn ngữ truy vấn hướng đối tượng chuẩn [16] Tổ chức hướng đối tượng vẫn còn nhiều thiếu hụt khi đáp ứng nhu cầu nhà phát triển

Cơ sở dữ liệu hướng đối tượng là một hướng tiếp cận mới trong phát triển ứng dụng quản lý thông tin, tuy vậy, với ngữ cảnh đa dạng đối tượng cần ánh xạ vào hệ thống, việc sử dụng cơ sở dữ liệu hướng đối tượng gây ra khó khăn và cần chi phí phát triển lớn cho việc mô hình hóa tất cả các dạng dữ liệu

3.5 Cơ sở dữ liệu NoSQL

3.5.1 Giới thiệu

Mặc dù có nhiều hướng tiếp cận khác nhau như cơ sở dữ liệu hướng đối tượng hay XML, các công nghệ này chưa bao giờ được chấp nhận và nắm thị phần lớn mạnh như cơ sở dữ liệu quan hệ Thay vào đó, các lựa chọn thay thế như cho phép sử dụng XML vào mục đích lập chỉ mục hay xử lý luồng Sự thay đổi này cũng dẫn đến xuất

hiện thuật ngữ NoSQL, sử dụng để mô tả việc sử dụng cơ sở dữ liệu phi quan hệ trong phát triển web [21]

NoSQL có nghĩa là “Không Chỉ SQL (Not Only SQL)”, ngụ ý rằng khi thiết kế một giải pháp phần mềm hoặc sản phẩm, có nhiều hơn một cơ chế lưu trữ có thể được

sử dụng dựa trên các nhu cầu NoSQL không có định nghĩa rõ ràng mà chúng ta có thể hiểu là mô hình cơ sở dữ liệu mới có các đặc điểm như sau:

• Không sử dụng các mô hình quan hệ

• Chạy tốt trên các cụm (máy chủ)

• Chủ yếu là mã nguồn mở

• Xây dựng cho web thế kỷ 21

• Tối thiểu hóa lược đồ

Chúng ta sẽ gặp vấn đề khó khăn khi có sự không tương ứng giữa cấu trúc dữ liệu quan hệ và cấu trúc dữ liệu được lưu trong bộ nhớ hệ thống Tuy nhiên, sử dụng NoSQL cho phép chúng ta tiếp tục phát triển mà không cần chuyển đổi cấu trúc lưu trong bộ nhớ với cấu trúc dữ liệu quan hệ

3.5.2 Kỹ thuật và mô hình

a) Tính nhất quán

Eric Brewer đề xuất định lý CAP [7] hướng đến các hệ phân tán, đã được hưởng ứng mạnh mẽ trong cộng đồng NoSQL và được áp dụng thực tế bởi các công ty lớn như Amazon [28] Định lý CAP trình bày:

Tính nhất quán (Consistency): có nghĩa là hệ thống phản hồi mang tính nhất quán

với tất cả các thao tác hoạt động

Tính khả dụng (Availability): hay còn gọi là tính sẵn sàng, có nghĩa là hệ thống

được thiết kế và triển khai theo cách có thể tiếp tục hoạt động nếu một hoặc một vài nút trong cụm gặp sự cố phần cứng hay phần mềm

Tính phân vùng (Partition Tolerance): nghĩa là hệ thống vẫn tiếp tục hoạt động

bất chấp một lượng tùy ý các thông điệp (gói tin) bị mất hay trì hoãn do kết nối mạng giữa các nút [15]