Hệ thống này bao gồm các dữ liệu và các thuộc tính như: ranh giới, giao thông, sông suối, địa hình, phân khu chức năng, hiện trạng rừng, địa chất – địa mạo, động vật, thực vật… Hệ thống
Trang 1ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ WEBGIS QUẢN LÝ CƠ SỞ DỮ LIỆU TẠI
VƯỜN QUỐC GIA PHONG NHA - KẺ BÀNG
Võ Văn Trí * ,Trần Xuân Mùi *
(*) Phòng Khoa học và Hợp tác quốc tế, Ban quản lý Vườn quốc gia Phong Nha – Kẻ Bàng
Email: research.pnkb@gmail.com
Tóm tắt
Giá trị ngoại hạng tài nguyên Phong Nha – Kẻ Bàng có ý nghĩa toàn cầu về địa chất địa mạo,
hệ sinh thái và đa dạng sinh học Việc quản lý hiệu quả đòi hỏi phải sử dụng các công cụ hữu hiệu
Để dữ liệu địa lý thực sự hỗ trợ đắc lực cho quá trình ra quyết định cần hệ thống phải đồng bộ Trên
cơ sở đó, việc tạo dựng một bộ cơ sở dữ liệu được chạy trên hệ thống nội bộ, hoặc online là giải pháp được chọn Hệ thống này bao gồm các dữ liệu và các thuộc tính như: ranh giới, giao thông, sông suối, địa hình, phân khu chức năng, hiện trạng rừng, địa chất – địa mạo, động vật, thực vật…
Hệ thống này được xây dựng nhằm hỗ trợ cho người quản lý truy xuất và thống kê nhằm đưa ra các quyết định quản lý Hệ thống này được thiết kế bằng phần mềm QGIS kết hợp với cơ sở dữ liệu không gian lưu trữ trên postgreSQL Người quản trị có thế cập nhật các dữ liệu, phân tích dữ liệu người quản lý có thể truy xuất và so sánh dữ liệu để quyết định giải pháp quản lý tối ưu Hệ thống nhằm hoàn chỉnh về dữ liệu tài nguyên và môi trường hỗ trợ công tác quản lý, bảo tồn, đồng thời cung cấp thông tin tham khảo cho các đơn vị liên quan
Từ khóa: WebGIS, postgreSQL, QGIS, cơ sở dữ liệu, Phong Nha – Kẻ Bàng.
1 GIỚI THIỆU
Cùng với sự bùng nổ của Internet, GIS cũng đã phát triển mạnh mẽ từ các ứng dụng trên máy tính bàn thì nay chuyển sang hoạt động trong môi trường mạng trực tuyến, còn gọi là WebGIS Thông qua nguồn dữ liệu và các chức năng của GIS thì công nghệ WebGIS sẽ là một giải pháp hữu hiệu để truyền tải thông tin [1] Bản đồ trực tuyến (WebGIS) đóng vai trò quan trọng trong việc xử
lý dữ liệu và truyền bá thông tin dự báo, nhờ có khả năng hiển thị thông tin tức thời, bản đồ trực tuyến trở thành một phương tiện chuyển tải thông tin dự báo rất phù hợp [2]
Các phần mềm hệ thông tin địa lý thương mại thường có giá thành cao và không phải sở, ban ngành nào cũng có đủ tiềm lực kinh tế để trang bị Phần mềm mã nguồn mở là một trong những giải pháp có thể đáp ứng được những yêu cầu đặt ra ở trên và có thể giúp chúng ta chia sẻ thông tin trên mạng internet [3, tr.83] Mã nguồn mở được nhiều người xem như một hiện tượng cách mạng có khả năng cung cấp phần mềm và cạnh tranh trong kinh doanh [5] Chi phí thấp, là yếu tố tiếp cận chính trong sự thành công của ứng dụng WebGIS Yếu tố này có thể đạt được tốt hơn bằng cách thực hiện WebGIS bằng cách sử dụng mã nguồn mở bởi các dự án trên QGIS, PostGIS, OpenLayers MapServer, GeoServer, uDig [6]
Các giá trị của Phong Nha – Kẻ Bàng có ý nghĩa toàn cầu về địa chất địa mạo, hệ sinh thái và
đa dạng sinh học Việc bảo tồn giá trị tài nguyên không chỉ duy trì các nguồn gen quý giá, bảo vệ môi trường mà còn thúc đẩy chức năng của dịch vụ hệ sinh thái Việc quản lý hiệu quả đòi hỏi phải
sử dụng các công cụ hữu hiệu Để dữ liệu địa lý thực sự hỗ trợ đắc lực cho quá trình ra quyết định cần hệ thống phải quản lý đồng bộ, hiện địa và hiệu quả
Trang 2DỮ LIỆU
KẾT QUẢ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ
PostgreSQL
Phần mềm QGIS Biên tập dữ liệu
QGIS webmap application
Ứng dụng Webmap
Với yêu cầu cấp thiết trên cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của kỹ thuật WebGIS trong quản lý, chia sẻ nguồn dữ liệu không gian lẫn thuộc tính một cách dễ dàng hơn [4, tr.273] Hệ thống WebGIS quản lý cơ sở dữ liệu Vườn quốc gia Phong Nha – Kẻ Bàng được thiết kế bằng phần mềm mã nguồn mở QGIS kết hợp với cơ sở dữ liệu không gian lưu trữ trên postgreSQL nhằm lưu trữ, quản lý và trình bày dữ liệu về tài nguyên môi trường tại đơn vị, góp phần bảo tồn và phát huy các giá trị Di sản thiên nhiên thế giới
2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Hình 1: Quy trình xây dựng WebGIS
Trang 3Các dữ liệu GIS Vườn quốc gia được xử lý và lưu trữ thông tin thuộc tính và không gian trong
cơ sở dữ liệu PostGIS/PostgreSQL của phần mềm pgAdmin và thiết lập mối quan hệ giữa một và nhiều lớp dữ liệu thuộc tính Các lớp dữ liệu thuộc tính được lưu trữ trên hosting online Dữ liệu được truy xuất theo các yêu cầu phía máy chủ thông qua ứng dụng GIS
2.2 Quá trình xử lý
- Kết nạp dữ liệu trực tuyến từ PostgreSQL vào phần mềm QGIS: Trong môi trường phần mềm QGIS, sử dụng chức năng Add PostGIS Layers để nhập dữ liệu trực tuyến từ hệ quản trị dữ liệu PostgreSQL Tiến hành nhập các thông tin cần thiết về tên cơ sở dữ liệu (name), hosting, port, database, username và password để truy cập vào hệ cơ sở dữ liệu và kết nạp các lớp thuộc tính từ danh sách trong bảng Add postGIS Table
Hình 2: Kết nạp dữ liệu từ PostgreSQL vào phần mềm QGIS
- Biên tập dữ liệu: Sử dụng phần mềm QGIS được sử dụng để biên tập cơ sở dữ liệu, các lớp thuộc tính dạng điểm, đường, vùng sau khi được kết nạp vào phần mềm QGIS được sắp xếp và biên tập kích thước, màu sắc, thuộc tính, gán nhãn
Hình 3: Biên tập dữ liệu trên phần mềm QGIS
- Tạo ứng dụng webmap: Sử dụng ứng dụng QGIS2WEB plugin tích hợp trên phần mềm QGIS để xuất bản đồ sang định dạng mã HTML (webmap) Trong bảng Export to webmap, tiến hành cài đặt các thông số về: Data export, Scale/Zoom, Appearance
Trang 4Người sử dụng Web Server Nơi lưu dữ liệu
Hình 4: Tạo ứng dụng bản đồ dạng HTML (webmap)
2.3 Kết quả
- Hệ thống dữ liệu trực tuyến lưu trữ trên hệ quản trị PostgreSQL
- Các ứng dụng bản đồ định dạng mã HTML (webmap) chạy trên localhost
- Các bản đồ trực tuyến chứa đựng các thông tin thuộc tính
3 KIẾN TRÚC WEBGIS VÀ PHẦN MỀM MÃ NGUỒN MỞ
3.1 Kiến trúc WebGIS
Dịch vụ web thông tin địa lý hay còn được gọi là WebGIS được xây dựng để cung cấp các dịch
vụ về thông tin địa lý theo công nghệ web service Chính vì thế nên bất cứ WebGIS nào cũng phải thỏa mãn kiến trúc ba tầng thông dụng của một ứng dụng web Sau đó tùy thuộc vào từng loại công nghệ và các cách thức phát triển, mở rộng khác nhau mà WebGIS sẽ trở thành nhiều tầng khác nhau Kiến trúc 3 tầng của WebGIS được mô tả bao gồm tầng trình bày, tầng giao dịch và tầng dữ liệu được thể hiện trong hình 5
Hình 5: Kiến trúc của WebGIS
Tầng trình bày: Thông thường chỉ là các trình duyệt Internet Explorer, Mozilla Firefox để
mở các trang Web theo URL được định sẵn Các ứng dụng client có thể là một Website, Applet, Flash,… được viết bằng các công nghệ theo chuẩn của World Wide Web
Tầng giao dịch: thường được tích hợp trong một Webserver nào đó, ví dụ như Tomcat, Apache,
Internet Information Server Đó là một ứng dụng phía server nhiệm vụ chính của nó thường là tiếp nhận các yêu cầu từ client, lấy dữ liệu từ cơ sở dữ liệu theo yêu cầu client, trình bày dữ liệu theo cấu hình định sẵn hoặc theo yêu cầu của client và trả kết quả về theo yêu cầu
Tầng dữ liệu: là nơi lưu trữ các dữ liệu địa lý bao gồm cả các dữ liệu không gian và phi không
gian Các dữ liệu này được quản trị bởi các hệ quản trị cơ sở dữ liệu như ORACLE, MS SQL SERVER, ESRI SDE, POSGRESQL,… hoặc là các file dữ liệu như shapefile, tab, XML,…Trong nghiên cứu này chúng tôi lựa chọn hệ quản trị dữ liệu POSGRESQL
Trang 53.2 Phần mềm mã nguồn mở
QGIS: là phần mềm hệ thống thông tin địa lý (GIS) miễn phí mã nguồn mở cung cấp khả
năng xem, xử lý và phân tích các dữ liệu Đây là phần mềm tương đối mạnh và dễ sử dụng, chạy
được trên các hệ điều hành: Windows, Mac OS X, Linux, BSD, Android QGIS hỗ trợ hầu hết các
chức năng cơ bản của một phần mềm GIS gồm: Quản lý dữ liệu, đọc được nhiều định dạng dữ liệu, biên tập và xuất bản bản đồ, xuất dữ liệu, nhập dữ liệu và các chức năng phân tích không gian QGIS có rất nhiều các Plugins hỗ trợ các thao tác mở rộng cho các dạng dữ liệu khác nhau và phân tích không gian nhờ vào một cộng đồng phát triển rất lớn
PostgreSQL: PostgreSQL là hệ quản trị cơ sở dữ liệu được viết theo hướng mã nguồn mở và
rất mạnh mẽ Hệ quản trị cơ sở dữ liệu này đã có hơn 15 năm phát triển, đồng thời kiến trúc đã được kiểm chứng và tạo được lòng tin với người sử dụng về độ tin cậy, tính toàn vẹn dữ liệu, và tính đúng đắn PostgreSQL có thể chạy trên tất cả các hệ điều hành, bao gồm cả Linux, UNIX (AIX, BSD, HP-UX, SGI IRIX, Mac OS X, Solaris, Tru64), và Windows Hệ quản trị này còn bao gồm các kiểu dữ liệu SQL: 2008 như INTEGER, NUMBER, BOOLEAN, CHAR, VARCHAR, DATE INTERVAL, và TIMESTAMPs Hệ quản trị cơ sở dữ liệu này được sử dụng thông qua giao diện của các ngôn ngữ C / C + +, Java, Net, Perl, Python, Ruby, Tcl, ODBC…
PosGIS: PostGIS là một phần mở rộng của hệ quản trị cơ sở dữ liệu PostgreSQL được cung
cấp miễn phí cho phép cơ sở dữ liệu quản lý các đối tượng GIS Trên thực tế, PostGIS là một hợp phần quản lý thông tin không gian của PostgreSQL, nó cho phép quản trị cơ sở dữ liệu không gian dùng trong hệ thống thông tin địa lý (GIS)
4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1 Bộ cơ sở dữ liệu trực tuyến lưu trữ trên postgreSQL
Hệ thống WebGIS có cơ sở dữ liệu được xây dựng bao gồm dữ liệu thuộc tính và không gian lưu trong hệ quản trị postgreSQL Trong đó, dữ liệu được mã hóa và lưu trữ ở cột dữ liệu Tables Sử dụng mođun PostGIS Shapefile and DBF loader 2.1 để tải shapfile lên hệ quản trị cơ sở dữ liệu Bộ
cơ sở dữ liệu thuộc tính gồm dạng điểm, đường, vùng, gồm: Dữ liệu về cơ sở hạ tầng, địa hình, giao thông, thủy văn (sông, suối), ranh giới, phân khu chức năng, giải thửa (khoảnh, tiểu khu), địa chất, hang động, động vật, thực vật (hình 6)
Hình 6: Dữ liệu GIS lưu trữ trên hệ quản trị postgreSQL
Trang 64.2 Giao diện WebGIS
Hình 7: Giao diện WebGIS Truy cập vào địa chỉ http://bandopnkb.000space.com/csdl_pnkb/home.htm sẽ hiển thị trang thông tin chứa đựng các trang nội dung gồm trang chủ, bản đồ giải thửa, bản đồ địa chất, bản đồ hang động, bản đồ động vật, bản đồ thực vật Đồng thời, các hình ảnh giới thiệu về Vườn Quốc gia Phong Nha – Kẻ Bàng được hiển thị trên khung banner chạy bên dưới
4.3 Bản đồ trực tuyến (WebGIS)
Bảng 1: Thông tin trên các bản đồ trực tuyến
Chú dẫn hiển thị các thông tin và thể hiện các đối tượng dạng điểm, đường, vùng bằng màu sắc tương đồng với các đối tượng trên bản đồ để tra cứu thông tin
Trang 7Các lớp thông tin được sắp xếp theo thứ tự từ trên xuống, gồm: bản đồ nền, lớp thông tin dạng điểm, lớp thông tin dạng đường, lớp thông tin dạng vùng Người dùng có thể bật hoặc tắt các lớp theo tùy chọn
Các lớp dữ liệu nền, gồm: OSM (Open Stresst Map), OSM B&W (Open Stresst Map Black & White), Staimen Terrain Người dùng có thể tùy chọn 3 loại bản đồ nền trên
Khi tương tác với bản đồ trực tuyến người dùng có thể sử dụng các chức năng phóng to/thu nhỏ để thay đổi kích thước và tỉ lệ bản đồ; sử dụng chức năng định vị vị trí để biết thông tin về địa điểm; truy xuất thông tin dữ liệu thuộc tính thông quan chức năng tìm kiếm (search); thông kê chiều dài và diện tích sử dụng chức năng đo đạc (Measure distances and areas)
4.3.1 Bản đồ giải thửa
Bản đồ giải thửa truy cập theo địa chỉ:
http://bandopnkb.000space.com/csdl_pnkb/map1gt.htm
Bản đồ hiện thị trực tuyến và cung cấp cho người dùng thông tin về ranh giới khoảnh, tiểu khu, số hiệu về khoảnh tiểu khu, ranh giới vùng của các Trạm kiểm lâm quản lý, bảo vệ
Hình 8: Bản đồ giải thửa Bản đồ chứa đựng các thông tin về chú dẫn, các lớp dữ liệu, bản đồ nền; các công cụ tương tác với bản đồ và dữ liệu thuộc tính: công cụ phóng to, thu nhỏ, công cụ định vị vị trí; các chức năng: tìm kiếm địa điểm, tìm kiếm thuộc tính, đo chiều dài và diện tích Ngoài ra, bản đồ giải thửa hiển thị các thông tin đối tượng dạng điểm đường, vùng như sau:
Bảng 3: Thông tin các lớp dữ liệu trên bản đồ giải thửa
2 Ranh giới Vườn 5 Vùng Trạm quản lý, bảo vệ
3 Giao thông 6 Giải thử (khoảnh, tiểu khu)
Bản đồ nền 4.3.2 Bản đồ địa chất
Bản đồ địa chất truy cập theo địa chỉ:
http://bandopnkb.000space.com/csdl_pnkb/map2dc.htm
Trang 8Bản đồ hiện thị trực tuyến và cung cấp cho người dùng thông tin về ranh giới địa chất, các đứt gãy địa chất, thông tin về các hệ tầng
Hình 9: Bản đồ địa chất Bản đồ chứa đựng các thông tin về chú dẫn, các lớp dữ liệu, bản đồ nền; các công cụ tương tác với bản đồ và dữ liệu thuộc tính: công cụ phóng to, thu nhỏ, công cụ định vị vị trí; các chức năng: tìm kiếm địa điểm, tìm kiếm thuộc tính, đo chiều dài và diện tích Ngoài ra, bản đồ địa chất hiển thị các thông tin đối tượng dạng điểm đường, vùng như sau:
Bảng 3: Thông tin các lớp dữ liệu trên bản đồ địa chất
4.3.3 Bản đồ hệ thống hang động
Bản đồ hệ thống hang động truy cập theo địa chỉ:
http://bandopnkb.000space.com/csdl_pnkb/map3hd.htm
Bản đồ hiện thị trực tuyến và cung cấp cho người dùng thông tin về hang động khu vực Phong Nha – Kẻ Bàng, vị trí của hang, tọa độ, độ dài, độ cao, địa điểm phân bố, thời gian khảo sát và hệ thống
Trang 9Hình 10: Bản độ hệ thống hang động Bản đồ chứa đựng các thông tin về chú dẫn, các lớp dữ liệu, bản đồ nền; các công cụ tương tác với bản đồ và dữ liệu thuộc tính: công cụ phóng to, thu nhỏ, công cụ định vị vị trí; các chức năng: tìm kiếm địa điểm, tìm kiếm thuộc tính, đo chiều dài và diện tích Ngoài ra, bản đồ hệ thống hang động hiển thị các thông tin đối tượng dạng điểm đường, vùng như sau:
Bảng 4: Thông tin các lớp dữ liệu trên bản đồ hệ thống hang động
1 Cơ sở hạ tầng 5 Cửa hang động (dạng điểm)
2 Ranh giới Vườn 6 Hang động ngầm (dạng đường)
4.3.4 Bản đồ phân bố động vật
Bản đồ phân bố động vật truy cập theo địa chỉ:
http://bandopnkb.000space.com/csdl_pnkb/map4dv.htm
Bản đồ hiện thị trực tuyến và cung cấp cho người dùng thông tin về động vật trong khu vực VQG Phong Nha – Kẻ Bàng, gồm: vị trí phân bố (tọa độ), tên loài động vật bằng tiếng Việt, tên khoa học, tình trạng (mức độ đe dọa)
Trang 10Hình 11: Bản đồ phân bố động vật Bản đồ chứa đựng các thông tin về chú dẫn, các lớp dữ liệu, bản đồ nền; các công cụ tương tác với bản đồ và dữ liệu thuộc tính: công cụ phóng to, thu nhỏ, công cụ định vị vị trí; các chức năng: tìm kiếm địa điểm, tìm kiếm thuộc tính, đo chiều dài và diện tích Ngoài ra, bản đồ phân bố động vật hiển thị các thông tin đối tượng dạng điểm đường, vùng như sau:
Bảng 5: Thông tin các lớp dữ liệu trên bản đồ phân bố động vật
Bản đồ nền 4.3.5 Bản đồ phân bố thực vật
Bản đồ phân bố thực vật truy cập theo địa chỉ:
http://bandopnkb.000space.com/csdl_pnkb/map5tv.htm
Bản đồ hiện thị trực tuyến và cung cấp cho người dùng thông tin về thực vật trong khu vực VQG Phong Nha – Kẻ Bàng, gồm: vị trí phân bố (tọa độ), tên loài thực vật bằng tiếng Việt, tên khoa học, tình trạng (mức độ đe dọa)
Trang 11Hình 12: Bản đồ phân bố thực vật Bản đồ chứa đựng các thông tin về chú dẫn, các lớp dữ liệu, bản đồ nền; các công cụ tương tác với bản đồ và dữ liệu thuộc tính: công cụ phóng to, thu nhỏ, công cụ định vị vị trí; các chức năng: tìm kiếm địa điểm, tìm kiếm thuộc tính, đo chiều dài và diện tích Ngoài ra, bản đồ phân bố thực vật hiển thị các thông tin đối tượng dạng điểm đường, vùng như sau:
Bảng 6: Thông tin các lớp dữ liệu trên bản đồ phân bố thực vật
Bản đồ nền
5 KẾT LUẬN
Ứng dụng WebGIS quản lý cơ sở dữ liệu tài nguyên Vườn quốc gia Phong Nha – Kẻ Bàng đổi mới hệ thống cơ sở dữ liệu từ quản lý truyền thống sang công nghệ hiện đại với thông tin trực tuyến với hệ thống dữ liệu trực tuyến được mô hình hoá theo không gian Các dữ liệu được hiển thị trực tiếp giúp người sử dụng nắm rõ các đối tượng và các thuộc tính của nó, hỗ trợ công tác tra cứu, quản lý, bảo tồn Đồng thời, quảng bá rộng rãi các giá trị tài nguyên Di sản
Bài báo đã nghiên cứu một cách tương đối toàn diện những vấn đề cơ bản có liên quan đến việc xây dựng WebGIS từ hệ thống phần mềm QGIS thông qua hệ cơ sở dữ liệu lưu trữ trên postgreSQL, có kết hợp với các thư viện javascript của OpenLayer phục vụ chạy thử thành công trên localhost và đưa lên hosting online
THE APPLICATION TECHOLOGY WEBGIS DATABASE MANAGEMENT IN PHONG
NHA – KE BANG NATIONAL PARK