Nghiên cứu xây dựng bản đồ trực tuyến trên nền mã nguồn mở

Một số bản đồ trực tuyến được thiết kế rất công phu, đẹp về hình thức, dễ sử dụng và có lượng thông tin được chuyển tải khá phong phú, ví dụ trang Bản đồ giao thông Châu âu www.mappy.com

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

trang

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT BẢN ĐỒ TRỰC TUYẾN 5

1.1 Bản đồ - Cách biểu diễn thế giới thực 5

1.1.1 Khái niệm chung về bản đồ 5

1.1.2 Cơ sở toán học cho bản đồ 5

1.1.3 Các phương pháp thể hiện bản đồ 7

1.2 Phân loại bản đồ trực tuyến 8

1.3 Kiến trúc bản đồ trực tuyến 9

1.4 Các nguyên tắc bản đồ học phát triển cho bản đồ trực tuyến 12

1.4.1 Khái quát hóa trong bản đồ trực tuyến 12

1.4.2 Thể hiện nội dung theo chuyên đề 13

1.4.3 Nguyên tắc thiết kế ký hiệu 13

1.4.4 Màu sắc trình bày bản đồ trực tuyến 16

1.4.5 Các thành phần chính của bản đồ trực tuyến 16

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG BẢN ĐỒ MẠNG TRÊN NỀN MÃ NGUỒN MỞ 19

2.1 Các tính năng của MapServer 19

2.2 Các thành phần và cách thức hoạt động của MapServer 21

2.2.1 Các thành phần của MapServer 21

2.2.2 Cách thức hoạt động của MapServer 22

2.2.3 Qui trình xử lý của MapServer 23

2.2.4 Một số ví dụ bản đồ trên mạng sử dụng công nghệ MapServer 24

2.3 Hệ CSDL không gian PostgreSQL 25

2.3.1 Tổng quan về PostgreSQL 25

2.3.2 Các đặc trưng của PostgreSQL 26

2.3.3 Kiến trúc về hệ quản trị CSDL PostgreSQL 27

2.3.4 Truy vấn dữ liệu tham chiếu không gian từ PostgresSQL 29

2.4 Quy trình thành lập bản đồ sử dụng MapServer và PostgreSQL 30

2.4.1 Xây dựng CSDL trên PostgreSQL cho bài toán dự báo 31

2.4.2 Tổ chức dữ liệu bản đồ trong MapFile 32

2.4.3 Xây dựng giao diện cho trang bản đồ trực tuyến 36

2.4.4 Xây dựng các chức năng thành phần của bản đồ trực tuyến 37

Chương 3 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG DỰ BÁO THỜI TIẾT TRÊN BẢN ĐỒ MẠNG 39

3.1 Khảo sát hiện trạng 39

3.1.1 Số liệu thời tiết trong dự báo 39

3.1.2 Các vấn đề trong bài toán dự báo thời tiết trên bản đồ 40

3.2 Ứng dụng RSS xây dựng quy trình cập nhật cơ sở dữ liệu 41

3.2.1 RSS là gì? 41

3.2.2 Các chuẩn chung của RSS 42

3.2.3 Điểm mạnh của RSS 43

3.2.4 Trao đổi dữ liệu trong RSS 44

PostGIS và RSS xây dựng chương trình demo 48

3.2.7 Ứng dụng phần mềm cho thiết bị di động 50

3.3 Xây dựng Website dự báo thời tiết 50

3.3.1 Kiến trúc hệ thống 50

3.3.2 Tổ chức dữ liệu dự báo 51

3.3.3 Xây dựng biểu đồ Use - case 54

3.3.4 Biểu đồ tuần tự 57

3.3.5 Biểu đồ lớp 59

3.4 Thiết kế một số màn hình chính 60

KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

Khái niệm Đi ̣nh nghi ̃a Ghi chú

UMN MapServer Phần mềm mã nguồn mở của trường

đa ̣i ho ̣c Minnesota

ảnh

Chuẩn của OGC

RSS (Readlly Simple

Syndication)

Định dạng tập tin thuộc họ XML dùng trong việc chia sẻ tin tức Web

trang

Bảng 1.1 Các phương pháp thể hiện bản đồ 8

Bảng 2.1 Các chức năng trên bản đồ 38

Bảng 2.2 Các chức năng dự báo thời tiết 38

Bảng 3.1 Danh sách các bảng dữ liệu 52

Bảng 3.2 Chi tiết bảng ThongTin_DuBao 52

Bảng 3.3 Chi tiết bảng LoaiThoiTiet 53

Bảng 3.4 Chi tiết bảng Cac_Buoi 53

Bảng 3.5 Chi tiết bảng Khu_Vuc 53

Bảng 3.6 Chi tiết bảng Tinh_TP 54

Hình 1.1 Biểu thị của bề mặt trái đất lên mặt phẳng 5

Hình 1.2 Phân loại bản đồ trực tuyến 9

Hình 1.3 Kiến trúc bản đồ trực tuyến 10

Hình 1.4 Kiến trúc hướng máy khách 11

Hình 1.5 Kiến trúc hướng máy chủ 12

Hình 1.6 Ví dụ về các kiểu ký hiệu điểm, đường, vùng và chữ ghi chú 14

Hình 1.7 Các thành phần của bản đồ trực tuyến 17

Hình 2.1 Sơ đồ biểu diễn hoạt động tạo bản đồ của MapServer 20

Hình 2.2 Sơ đồ hoạt động của MapServer 22

Hình 2.3 Qui trình xử lý của MapServer 23

Hình 2.4 Trang bản đồ thành phố Komotini – Hy Lạp 24

Hình 2.5 Trang bản đồ các vùng nước ở Pháp 25

Hình 2.6 Kiến trúc của hệ quản trị CSDL PostgreSQL 28

Hình 2.7 Kiến trúc của mô đun thực hiê ̣n truy vấn 29

Hình 2.8 Mô đun phân tích truy vấn - Parse 30

Hình 2.9 Sơ đồ kết nối dữ liệu 31

Hình 2.10 Kết nối dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính 32

Hình 2.11 Mô hình đối tượng trong Mapfile 33

Hình 2.12 Chồng lắp các layer 34

Hình 2.13 Bài toán truy vấn dữ liệu 37

Hình 3.1 Trao đổi số liệu thời tiết 40

Hình 3.2 Các chức năng của một Web Map Service 45

Hình 3.3 Mô hình hệ thống 46

Hình 3.4 Qui trình RSS cập nhật cơ sở dữ liệu thời tiết và yêu cầu từ người dùng 47

Hình 3.5 Các dạng yêu cầu từ phía Client 48

Hình 3.6 Kiến trúc hệ thống 50

Hình 3.7 Sơ đồ Logic dữ liệu 51

Hình 3.8 Biểu đồ Use – case 54

Hình 3.9 Biểu đồ tuần tự chức năng tìm kiếm 57

Hình 3.10 Biểu đồ tuần tự chức năng thống kê tình hình bão, lũ 58

Hình 3.11 Biểu đồ lớp 59

Hình 3.12 Giao diện chính bản đồ dự báo thời tiết 60

Hình 3.13 Giao diện phóng to/ thu nhỏ có hiển thị thông tin dự báo 60

Hình 3.14 Giao diện truy vấn dự theo lớp tỉnh có hiển thị thông tin dự báo 61

Hình 3.15: Giao diện thống kê các tỉnh có nguy cơ xảy ra bão, lũ 61

MỞ ĐẦU Giới thiệu

Trong thế giới internet, nếu trước đây người ta chỉ biết dùng bản đồ để tìm đường, thì ngày nay họ có thể tìm hiểu về tình trạng phạm tội ở từng khu vực, nghiên cứu thời tiết, chọn lựa trường học, v.v Tất cả các hoạt động này đều trực tuyến

Ở Mỹ, người ta có thể tìm các trạm đổ xăng, khách sạn, nhà máy thủy điện

ở từng bang qua Google Còn ở Việt Nam, họ có thể vừa tìm những địa danh trên bản đồ các thành phố, vừa xem ảnh chụp của những thành phố đó Các thành viên của trang web này còn ghi chú lên bản đồ những tin tức vừa xảy ra Người sử dụng có thể nhìn thấy ngay vị trí các tòa nhà ở Hà Nội bị ảnh hưởng

do trận động đất và địa điểm vụ đắm tàu trên sông Sài Gòn trong thời gian trước

đó

Thông tin địa lý được thể hiện chủ yếu dưới dạng bản đồ đã ra đời từ xa xưa Một trong những bản đồ được cho là cổ nhất đã phát hiện ra trong quá trình khai quật những di chỉ khảo cổ ở Thổ Nhĩ Kỳ năm 1961 Bản đồ này mô tả khu định cư từ thời kỳ đồ đá có niên đại khoảng chừng từ năm 6500 trước Công nguyên Các bản đồ trước tiên được phác thảo để mô tả vị trí, cảnh quan, địa hình, chủ yếu gồm những điểm và đường Bản đồ dạng này thích hợp cho quân đội và các cuộc thám hiểm hơn là được sử dụng như một công cụ khai thác tiềm năng của địa lý

Bản đồ vẫn tiếp tục được in ra giấy ngay cả khi máy tính ra đời một thời gian dài, tuy nhiên nó bộc lộ những hạn chế như: thời gian xây dựng, đo đạc, tạo lập rất lâu và tốn kém Lượng thông tin trên bản đồ giấy rất hạn chế, vì nếu hiển thị hết thông tin trên bản đồ sẽ rất khó đọc, bên cạnh đó bản đồ giấy không thể cập nhật theo thời gian,

Hiện nay, ngành vẽ bản đồ không còn là đặc quyền của các cơ quan địa lý nữa “Bản đồ trái đất đang ngày càng chi tiết hơn,” là phát biểu của ông John Hanke, giám đốc sản phẩm Google Maps Nghĩa là nếu rành rẽ hệ thống xe buýt của Hà Nội, bạn sẽ thấy chẳng khó khăn gì khi nhìn hình chụp từng con đường, nhấn chuột để ghi dấu từng trạm xe buýt Kết quả cuối cùng: bạn sẽ có một tấm bản đồ riêng về các tuyến xe buýt ở thành phố để chia sẻ nó với nhiều người khác

Đó chỉ là khởi đầu của cuộc cách mạng bản đồ số Theo Dan Gillmore, giám đốc trung tâm Báo chí toàn dân (citizen media) của Đại học Harvard (Mỹ) cho biết: “Khả năng tạo ra những điều thú vị, khả năng kể chuyện của bản đồ trực tuyến là vô hạn”

Bản đồ đã được ứng dụng từ vài thập niên trước đây, nhưng dường như nó vẫn chưa đến được với mọi người Lý do là trước nay các ứng dụng bản đồ hầu hết chạy trên máy tính cá nhân, điều này cản trở khả năng ứng dụng bản đồ rộng rãi

Ví dụ: khi một người cần biết tuyến xe buýt để di chuyển thì ngoại trừ anh

ta trang bị một Pocket PC cài ứng dụng Tìm đường xe buýt, còn không anh ta

phải trở về nhà hay đến cơ quan tìm đến đúng máy tính được cài ứng dụng này

để tìm kiếm thông tin

Từ ví dụ trên cho thấy với các ứng dụng bản đồ mang tính cộng đồng hoặc khi cần có thể sử dụng bất kể nơi đâu, thì mô hình ứng dụng chạy trên máy đơn

là không đáp ứng được

Bản đồ trực tuyến 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

Ưu điểm của bản đồ dự báo trên mạng là cho phép người dùng truy cập lấy thông tin vào bất cứ thời gian nào, không như trên các phương tiện thông tin đại chúng khác, chỉ phát vào một thời điểm nhất định

Như vậy, bản đồ trực tuyến không chỉ là phương tiện để mô tả về vị trí, tính chất của các đối tượng địa lý và các mối quan hệ giữa chúng mà còn là phương tiện để chuyển tải cả những thông tin có tính chất thời sự như những tuyến đường mới mở, các điểm dịch vụ và giá cả hiện thời, dự báo thời tiết, cảnh báo thiên tai, các tin tức về thiệt hại do thiên tai gây ra v.v Một số bản đồ trực tuyến được thiết kế rất công phu, đẹp về hình thức, dễ sử dụng và có lượng thông tin được chuyển tải khá phong phú, ví dụ trang Bản đồ giao thông Châu âu (www.mappy.com), trang Atlas Quốc gia Canada (atlas.gc.ca), và nhiều nước khác trên thế giới v.v…

Internet ra đời đã thu ngắn khoảng cách giữa mọi người, cho phép tìm kiếm thông tin mọi lúc mọi nơi Ngày nay, việc sử dụng Intemet như là một phương tiện để truyền thông tin đến mọi tầng lớp xã hội Hầu hết các cơ quan báo chí, các tỉnh, thành phố và các cơ quan trung ương đều thành lập trang web để phục

vụ cho mục đích này Trên các trang web, hiệu quả của việc truyền đạt thông tin được tăng lên rất nhiều so với những phương tiện khác do đã kết hợp nhiều hình thức công nghệ khác nhau như bài viết, hình ảnh, video, v.v… Mô hình ứng dụng bản đồ trên mạng cho phép mọi người dùng bất kì công cụ nào (máy PC, Laptop, mobile, Pocket PC,…) có thể truy cập Internet tìm kiếm được thông tin mình cần Việc sử dụng bản đồ trên các trang web của nước ta đã và đang phát triển, số trang web có cung cấp bản đồ trực tuyến có thể kể tên là: trang thông tin của Trung tâm Thông tin - Bộ Tài nguyên và Môi trường (ciren.gov.vn), các trang bản đồ về thời tiết www.nchmf.gov.vn, www.hymettdata.com (Trung tâm

tư liệu Khí tượng Thủy văn),

Mục đích của luận văn

Luận văn được thực hiện nhằm đạt được các mục đích sau đây:

1- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết Bản đồ trực tuyến (Web Cartography) về kiến trúc, cách biểu diễn thế giới thực, các phương pháp hiển thị dữ liệu không gian, quy trình phát hành bản đồ trực tuyến, các nguyên tắc bản đồ học phát triển cho bản đồ trực tuyến v.v

2- Phương pháp xây dựng bản đồ trực tuyến trên nền mã nguồn mở sử dụng các công cụ MapServer, CSDL không gian PostgreSQL, xây dựng quy trình công nghệ thành lập và phát hành bản đồ trực tuyến trên Intemet

3- Ứng dụng Really Simple Syndication (RSS) cập nhật mới cơ sở dữ liệu,

thử nghiệm ứng dụng “ứng dụng bản đồ thời tiết Việt Nam” lên mạng Internet

trên cơ sở những vấn đề đã được nghiên cứu

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Về giới hạn địa lý: Việc xây dựng bản đồ thời tiết có thể ứng dụng ở tất cả

các quốc gia trên thế giới Việt Nam là một trong những quốc gia có tình hình thời tiết phức tạp, luôn biến động một cách khó lường , những thảm họa xảy ra một cách bất ngờ để lại những hậu quả nặng nề Do đó, trong phạm vi của đề tài nghiên cứu này , Việt Nam được chọn để xây dựng thí điểm

Về công nghệ: Sử dụng công nghệ mã nguồn mở vì:

- Tuân thủ các chuẩn công nghệ chung của thế giới

Về phần mềm: Sử dụng phần mềm mã nguồn mở MapServer kết hợp với

hệ quản trị cơ sở dữ liệu PostgreSQL và lập trình ASP.NET C sharp để kết hợp sức mạnh của hai công nghệ trên tạo nên một bản đồ trực tuyến đáp ứng được nhiều loại yêu cầu của người dùng

Yêu cầu của luận văn:

Luận văn được đề xuất thực hiện phải đạt được các yêu cầu sau đây:

- Đúc kết được những vấn đề lý thuyết căn bản của bản đồ trực tuyến hiện đại

- Đúc kết được những vấn đề về công nghệ liên quan và xây dựng quy trình công nghệ thành lập và phát hành bản đồ trên mạng Internet

- Quy trình công nghệ xây dựng được phải đảm bảo tính khả thi trong điều kiện về trình độ và hạ tầng cơ sở công nghệ thông tin của Việt Nam Từ đó chọn

ra một công nghệ tiêu biểu để xây dựng sản phẩm thử nghiệm

- Sản phẩm thử nghiệm phải đạt chất lượng của bản đồ dự báo thời tiết về mặt nội dung thông tin cần truyền tải, tính thẩm mỹ và thể hiện được ưu điểm của bản đồ trực tuyến là cung cấp khối lượng lớn thông tin ngoài thông tin địa lý

Nội dung của Luận văn:

Luận văn gồm 3 chương Nội dung các chương như sau:

Chương 1 Cơ sở lý thuyết bản đồ trực tuyến Chương này trình bày những

vấn đề lý thuyết căn bản của khoa học bản đồ truyền thống như khái quát phân

loại bản đồ, bố cục của bản đồ, phương pháp thiết kế ký hiệu, v.v đã được các

nhà bản đồ học nghiên cứu phát triển cho biên tập bản đồ trực tuyến

Chương 2 Phương pháp xây dựng bản đồ trực tuyến trên nền mã nguồn

mở Biên tập và phát hành bản đồ trực tuyến là một quá trình phức tạp và liên quan đến nhiều lĩnh vực công nghệ khác nhau Chương này giới thiệu những công nghệ như là những vấn đề cần thiết nhất mà các biên tập viên, lập trình viên bản đồ cần nghiên cứu khi tham gia vào qui trình thành lập và phát hành

bản đồ trên mạng Trọng tâm của chương là phần công nghệ được học viên chọn lựa để tạo lập sản phẩm thử nghiệm đó là hai phần mềm mã nguồn mở MapServer và hệ quản trị cơ sở dữ liệu PostgreSQL

Chương 3 Xây dựng phần mềm DEMO ứng dụng dự báo thời tiết Việt

Nam trên bản đồ trực tuyến Trình bày quy trình khảo sát hiện trạng, ứng dụng Really Simple Syndication (RSS) cập nhật mới cơ sở dữ liệu, phương án công nghệ được áp dụng để thành lập và phát hành bản đồ thời tiết trên Internet, giới thiệu giao diện, nội dung chính và các công cụ trên bản đồ

Chương 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT BẢN ĐỒ TRỰC TUYẾN

Từ lâu con người đã biết lập và sử dụng bản đồ phục vụ cho các hoạt động dân sự và quân sự của mình Bản đồ được xem như là một công cụ truyền thống

để biểu diễn hay mô hình hóa các sự vật, hiện tượng, hay quá trình trên bề mặt trái đất ở các tỷ lệ và hệ quy chiếu khác nhau Bản đồ là một ví dụ điển hình về

dữ liệu tương tự

1.1 Bản đồ - Cách biểu diễn thế giới thực

Thế giới thực rất rộng lớn và phức tạp để chúng ta có thể thấy bao quát được Nếu một phần không gian được chọn để trình bày dưới một tỷ lệ nhỏ hơn thực tế thì chúng ta có thể thấy được cấu trúc và dạng của phần không gian đó

dễ hơn nhiều, từ đó có thể hiểu thấu đáo được khu vực nghiên cứu và có thể đưa

ra quyết định đúng đắn (như việc tìm đường đi, việc qui hoạch một tuyến đường, tìm kiếm một vị trí thích hợp để xây dựng khu công nghiệp, )

1.1.1 Khái niệm chung về bản đồ

Bản đồ địa lý là sự biểu thị thu nhỏ qui ước của bề mặt trái đất lên mặt phẳng, xây dựng trên cơ sở toán học với sự trợ giúp và sử dụng các ký hiệu qui ước nhằm phản ánh sự phân bố, trạng thái, mối quan hệ tương quan của các hiện tượng tự nhiên và xã hội được lựa chọn và khái quát hoá để phù hợp với mục đích sử dụng của bản đồ và đặc trưng cho khu vực nghiên cứu

Hình 1.1 Biểu thị của bề mặt trái đất lên mặt phẳng

(Nguồn: Keith Clarke, 1995)

Thông thường bản đồ là một mô hình theo tỷ lệ Có nghĩa là tỷ lệ của khoảng cách trên bản đồ và khoảng cách trên thực tế sẽ bằng nhau ở mọi vị trí trên bản đồ Thực chất bản đồ là một hệ thống thông tin về không gian Chúng ta

có thể xem bản đồ và tìm thấy các thông tin mà người vẽ bản đồ muốn truyền tải, ví dụ như bản đồ địa hình, dân số, bản đồ địa chất thuỷ văn,

1.1.2 Cơ sở toán học cho bản đồ

Bao gồm:

- Tỷ lệ

- Cơ sở trắc địa và thiên văn

- Lưới kinh - vĩ tuyến và các lưới toạ độ khác

Một bản đồ có tỷ lệ là 1:25.000 sẽ bao phủ một vùng rộng lớn hơn bản đồ ở

tỷ lệ 1:10.000, tuy nhiên bản đồ có tỷ lệ lớn sẽ chứa các đặc điểm chi tiết hơn bản đồ có tỷ lệ nhỏ

1.1.2.2 Cơ sở trắc địa - thiên văn của bản đồ

Cơ sở trắc địa - thiên văn của bản đồ được đặc trưng bởi hình Elipxoit và

hệ thống toạ độ trắc địa khởi điểm đã sử dụng để thành lập bản đồ Cơ sở trắc địa - thiên văn được thể hiện bằng các điểm khống chế, các điểm khống chế là những điểm đã được cố định trên thực địa và được xác định toạ độ Những điểm khống chế này đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc thể hiện chính xác các yếu tố nội dung địa lý của bản đồ Nó đặc trưng mối quan hệ về độ dài giữa bản đồ và thực địa

1.1.2.3 Lưới kinh - vĩ tuyến và các lưới toạ độ khác

Các toạ độ trên bề mặt trái đất là Vĩ độ (latitude), được đo theo đơn vị độ Bắc hoặc Nam của xích đạo Kinh độ (longtitude), được đo theo đơn vị độ Tây hoặc Đông của kinh độ Greenweek ở Anh Về mặt ứng dụng, vĩ độ và kinh độ thường được sử dụng trong việc mô tả các vùng đất chính

Các giao điểm của bán trục nhỏ với mặt Elipxoid Trái đất được gọi là cực Bắc và Nam Các vòng tròn tạo ra do mặt phẳng thẳng góc với trục nhỏ và cắt Elipxoid gọi là vĩ tuyến Vĩ tuyến lớn nhất nằm trên mặt phẳng đi qua tâm Elipxoid gọi là đường xích đạo Giao tuyến của các mặt Elipxoid Trái đất với các mặt phẳng đi qua trục quay gọi là kinh tuyến Vị trí của các điểm trên mặt Elipxoid Trái đất hoặc mặt cầu xác định bằng toạ độ địa lý là vĩ độ () và kinh

độ (λ)

Qua bất kỳ một điểm nào đó trên bề mặt Elipxoid kẻ một đường thẳng đứng (pháp tuyến) hướng vào trong Elipxoid khi cắt mặt phẳng xích đạo và tạo với nó một góc đó chính là vĩ độ địa lý, nhận giá trị từ 0 đến 900

; từ xích đạo đến cực Bắc được gọi là vĩ độ bắc và kí hiệu là B hoặc N (North), từ xích đạo đến cực Nam được gọi là vĩ độ nam và kí hiệu là N hoặc S (South) Góc giữa các

mặt phẳng kinh tuyến đi qua một điểm cho trước và mặt phẳng của kinh tuyến gốc gọi là kinh độ địa lý, ký hiệu λ Kinh độ tính từ kinh tuyến gốc (00

- kinh tuyến Greenwich) sang đông đến 1800

là kinh độ đông (k.đ.E); kinh tuyến gốc sang tây đến 1800

là kinh độ tây (k.t.W)

1.1.2.4 Bố cục bản đồ và khung bản đồ

Bố cục bản đồ là sự bố trí khu vực được thành lập bản đồ trên bản đồ, xác định khung của nó, sắp xếp những yếu tố trình bày ngoài khung và những tư liệu

bổ sung Trong khung biểu thị khu vực được thành lập liên tục và không lặp lại trên những mảnh phụ cận Bố trí tên bản đồ, số hiệu mảnh, tỷ lệ, các tài liệu tra cứu và giải thích, dựa theo mẫu qui định

Khung bản đồ có rất nhiều dạng Trên phần lớn các bản đồ khung là một đường giới hạn lãnh thổ được thể hiện gọi là khung trong, song song với khung trong người ta vẽ khung ngoài, có tính chất trang trí giữa khung trong và khung ngoài là trị số các đường kinh vĩ tuyến, địa danh các đường phụ cận, nút giao thông gần nhất

1.1.2.5 Phân mảnh bản đồ

Phụ thuộc vào tỷ lệ và lãnh thổ mà bản đồ có thể nằm trên một hoặc nhiều mảnh Bản đồ địa hình chính là loại bản đồ nhiều mảnh, cách phân mảnh và đánh số được qui định chặt chẽ, có thể phân mảnh bản đồ theo lưới kinh vĩ tuyến hoặc theo km, hoặc theo khung bản đồ có kích thước đặt sẵn, Hệ thống đánh

số bản đồ nhiều mảnh giúp ta dễ dàng và nhanh chóng tìm thấy các mảnh cần thiết

1.1.3 Các phương pháp thể hiện bản đồ

Khi thành lập bản đồ - bản đồ chuyên đề người ta sử dụng các phương pháp khác nhau để thể hiện các yếu tố nội dung Mỗi phương pháp có thể sử dụng độc lập hoặc sử dụng phối hợp với các phương pháp khác, các phương pháp bản đồ được xây dựng căn cứ vào đặc điểm của hiện tượng, sự vật và đặc điểm phân bố của chúng trong khu vực

Để truyền đạt một đối tượng, hiện tượng có thể cùng sử dụng nhiều phương pháp biểu hiện để nêu lên nhiều đặc trưng của hiện tượng Ví dụ, trên bản đồ thời tiết có thể dùng phương pháp biểu đồ định vị thể hiện các đài, trạm kí tượng với những đặc trưng nhiệt độ, lượng mưa, tần suất gió; phương pháp các đường đẳng nhiệt thể hiện sự phân bố nhiệt độ trung bình năm; phương pháp kí hiệu vận động thể hiện sự di chuyển giữa các khối khí theo các mùa,…

Bảng 1.1 Các phương pháp thể hiện bản đồ Phương

pháp

Đối tượng dùng Cách thể hiện Thông tin thể hiện

Cartogram Dạng

vùng

Đặt biểu đồ thể hiện mối liên quan các đặc trưng của hiện tượng vào trong biên hiện tượng đó

Số lượng, cấu trúc

Nền chất

lượng

Dạng vùng

Dùng màu sắc, mẫu tô hay đánh số

Thể hiện các hiện tượng phân bố liên tục trên bề mặt đất hay các hiện tượng phân bố theo khối (dân cư, vùng lãnh thổ) Đường

đẳng trị

Dạng điểm

Nối các điểm có cùng chỉ

số về số lượng của hiện tượng trên bản đồ

Các đối tượng có cùng số lượng hoặc chỉ số được xác định của hiện tượng

Vẽ các mũi tên để thể hiện

sự di chuyển

Thể hiện sự di chuyển của đối tượng hay hiện tượng trên bản đồ

Chấm

điểm

Dạng vùng

Chấm điểm cho vùng hiện tượng

Thể hiện sự phân tán của hiện tượng trên 1 vùng (phân bố dân cư)

Biểu đồ

định vị

Dạng điểm

Tạo biểu đồ tương quan (dạng tròn, cột, ) giữa các đặc trưng đo đạc

Các hiện tượng phân bố liên tục

Kí hiệu Dạng

điểm

Dùng các kí hiệu (hình vẽ, chữ số, ) đặt vào vị trí đối tượng

Đặc điểm phân bố, số lượng, chất lượng, cấu trúc,

1.2 Phân loại bản đồ trực tuyến

Theo tiến sĩ bản đồ người Hà Lan J.M Kraak, trong bối cảnh công nghệ hiện tại cơ sở để phân loại bản đồ trực tuyến là phương pháp sử dụng chúng Trên cơ sở này, bản đồ trực tuyến được phân loại theo sơ đồ sau:

Hình 1.2 Phân loại bản đồ trực tuyến

Tuy nhiên, cách phân loại trên đây không phải là bất biến Trong tương lai,

do ảnh hưởng của công nghệ mà bản đồ trực tuyến có thể sẽ được phân loại theo những tiêu chí khác

1.3 Kiến trúc bản đồ trực tuyến

Tương tự như kiến trúc của các ứng dụng trong môi trường web, kiến trúc bản đồ trực tuyến dựa trên mô hình Client-Server và gồm có 3 tầng (xem hình 1.3): tầng CSDL (Database tier), tầng trung gian (Middle tier) và tầng người dùng (Client tier)

Tầng CSDL (tầng l) là tầng của những người tạo lập và cung cấp bản đồ Tầng thứ 2 liên quan đến công nghệ web, là tầng của những người quản trị mạng

và phát triển công nghệ truyền bá thông tin địa lý thông qua môi trường Internet Tầng người dùng (tầng 3) còn gọi là tầng bên ngoài (external tier)

BẢN ĐỒ TRỰC TUYẾN

Bản đồ chỉ đọc

Bản đồ tương tác

Hình 1.3 Kiến trúc bản đồ trực tuyến

Có 2 kiểu kiến trúc được phát triển cho bản đồ trực tuyến, đó là Kiến trúc

hướng máy khách (Client-side Architechture) và Kiến trúc hướng máy chủ

(server-side Architechture)

Với kiến trúc hướng máy khách, người dùng đưa ra yêu cầu và thông qua trình duyệt web gửi đến máy chủ, bản đồ được hiển thị trên máy khách với sự hỗ trợ của Java applet, ActiveX Bản đồ theo kiểu kiến trúc này có thể có những

INTERNET

Trình duyệt Trình duyệt Trình duyệt, plug-

công cụ sử dụng rất mạnh, giúp người dùng có được những bản đồ có nội dung tùy biến, tuy nhiên, nhược điểm là thời gian chuẩn bị trước khi dùng bản đồ sẽ

bị kéo dài và yêu cầu đường truyền phải có tốc độ cao để giảm thời gian tải chương trình ứng dụng về

Hình 1.4 Kiến trúc hướng máy khách

Trên các bản đồ trực tuyến theo kiến trúc hướng máy chủ, người dùng gửi yêu cầu thông qua trình duyệt web đến máy chủ, tại đó hệ thống bản đồ đã được biên tập sẵn và tổ chức thành các CSDL bản đồ, máy chủ gửi bản đồ đến máy khách thông qua giao thức truyền tin HTTP (Hypertext Transfer Protocol) như

là một hình ảnh đồ họa hay hình ảnh bitmap đã được nhúng trong các trang HTML Ưu điểm nổi bật của kiểu kiến trúc này là hỗ trợ chuẩn hóa khuôn dạng

dữ liệu cho mạng Intemet Chính vì vậy, ngày nay đa số các bản đồ trực tuyến như các ứng dụng GIS trên mạng thường được xây dựng theo kiểu kiến trúc này

map.class

Java-applet code

HTML Document

Hình 1.5 Kiến trúc hướng máy chủ 1.4 Các nguyên tắc bản đồ học phát triển cho bản đồ trực tuyến

Là một phương tiện truyền thông tin địa lý, nên nội dung bản đồ được thể

hiện bằng ngôn ngữ với những quy tắc riêng biệt, còn được gọi là ngữ pháp bản

đồ (cartographic grammar) Quá trình biên tập bản đồ là quá trình áp dụng ngữ

pháp bản đồ để biểu thị thông tin về thế giới thực Để có thể truyền đạt thông tin địa lý thông qua môi trường web, người biên tập bản đồ trực tuyến cần phải lường trước những đặc điểm, yêu cầu riêng của bản đồ trực tuyến, nhưng vẫn phải tuân thủ theo nguyên tắc được phát triển trên nền những nguyên tắc cơ bản của bản đồ học Dưới đây là những nguyên tắc cơ bản của bản đồ học được phát triển cho bản đồ trực tuyến

1.4.1 Khái quát hóa trong bản đồ trực tuyến

Trong biên tập bản đồ, khái quát hóa là quá trình giảm trọng tải và mức độ chi tiết của các yếu tố để thể hiện nội dung bản đồ ở mức độ chi tiết, phù hợp với tỷ lệ nhằm tạo ra thông tin dễ truy cập và dễ cảm nhận Trên bản đồ trực tuyến, tỷ lệ bản đồ không phải là một giá trị ấn định mà thay đổi bằng công cụ phóng to thu nhỏ (zoom) tùy ý trên màn hình Vì vậy, giải pháp lý tưởng cho khái quát hóa là sử dụng một CSDL thống nhất và thuật toán lựa chọn các đối tượng để hiển thị trên bản đồ đối với mỗi một mức zoom Tuy vậy, xét về phương diện tốc độ, giải pháp này chắc chắn sẽ làm chậm thời gian hiển thị

Hiện tại, các phương pháp thường được áp dụng là Cấp độ chi tiết (Level of Detail - LOD) và Khái quát tức thời (On-the-fly Generalization)

- Phương pháp cấp độ chi tiết (LOD)

Nền của phương pháp này là CSDL đa tỷ lệ, trong đó lưu trữ các bộ dữ liệu

ở những tỷ lệ khác nhau được xác định trước (như 1:5.000, 1:10.000 v.v )

Nguyên tắc là tại một thời điểm, tùy thuộc vào mức độ zoom mà dữ liệu ở tỷ lệ

Ảnh GIF (virtual)

Ứng dụng CGI

tương ứng sẽ được tải lên màn hình Ưu điểm thứ nhất của phương pháp này là không cần sử dụng các thuật toán phức tạp đòi hỏi tính toán nhiều ngay trong quá trình hiển thị bản đồ Thứ 2 là việc tổng quát hóa bản đồ được thực hiện từ trước, trong quá trình biên tập và có thể được tự động hóa nhờ sự hỗ trợ của các phần mềm Nhược điểm của phương pháp này công việc cập nhật bản đồ phải lặp lại đối với tất cả các bộ dữ liệu ở tất cả các tỷ lệ

- Phương pháp Khái quát tức thời (On-the-fly Generalization)

Đây là phương pháp tạo ra bản đồ hiển thị tức thời từ một bộ dữ liệu thống nhất đối với các tỷ lệ khác nhau trong quá trình sử dụng bản đồ Các yếu tố nội dung thể hiện trên bản đồ được tạo ra từ CSDL ngay tại thời điểm hiển thị mà không tạo ra tập dữ liệu mới Ưu điểm chính của phương pháp này là bản đồ có tính tức thời, việc cập nhật chỉ thực hiện trên một CSDL Tuy nhiên, phương pháp và thuật toán thường phức tạp

1.4.2 Thể hiện nội dung theo chuyên đề

Theo truyền thống, bản đồ được phân loại thành bản đồ địa hình và bản đồ

chuyên đề Bản đồ địa hình thể hiện bề mặt trái đất với độ chính xác cao và ở

các tỷ lệ nhất định Nội dung của bản đồ địa hình tuân thủ theo quy phạm bao gồm các yếu tố: cơ sở toán học, thủy văn, địa hình, giao thông, dân cư, địa giới

và thực vật Các yếu tố nội dung cũng được thể hiện theo hệ thống ký hiệu có tính tiêu chuẩn nhà nước, và không thay đổi theo thời gian, ví dụ: sông, suối thể hiện bằng màu xanh nước biển, rừng màu xanh lá cây, đường đồng mức màu nâu, v.v Bản đồ chuyên đề thể hiện sự phân bố của các đối tượng địa lý theo một chủ đề nào đó, như mật độ dân số, trường học, v.v

Ngày nay, môi trường số có xu hướng loại bỏ ranh giới giữa bản đồ địa hình và bản đồ chuyên đề Các yếu tố nội dung bản đồ đều được lưu trữ thành các lớp theo chuyên đề trong CSDL và người dùng có thể bật, tắt các lớp tùy theo nhu cầu sử dụng tại thời điểm truy cập dữ liệu hoặc sử dụng bản đồ

1.4.3 Nguyên tắc thiết kế ký hiệu

Nhà bản đồ học Bemn phân biệt 6 biến đồ họa là: kích thước, màu sắc, cường độ màu (value), vân hoa (texture), hướng và hình dạng Việc thiết kế các

ký hiệu bản đồ dựa vào sự kết hợp 6 biến này theo các tổ hợp khác nhau tạo thành các ký hiệu đồ họa khác nhau Điểm khác biệt đầu tiên trong khi thiết kế

ký hiệu cho bản đồ trực tuyến là phải tính đến giới hạn về kích thước và độ phân

giải của màn hình Khi thiết kế bản đồ trên giấy, kích thước của ký hiệu thường được tính bằng milimet, trong khi đó ký hiệu cho bản đồ trực tuyến phải được tính theo độ phân giải của màn hình với đơn vị là pixel

Các yếu tố nội dung bản đồ nói chung, bản đồ trực tuyến nói riêng được thể hiện bằng các ký hiệu kiểu điểm, đường, vùng và các chữ ghi chú (hình 1.6)

Hình 1.6 Ví dụ về các kiểu ký hiệu điểm, đường, vùng và chữ ghi chú

1.4.3.1 Các ký hiệu dạng điểm

Các ký hiệu dạng điểm được dùng để thể hiện các đối tượng như điểm dân

cư, các trường học, bến cảng, trạm bưu điện v.v Các yếu tố dạng điểm thể hiện bằng các ký hiệu độc lập và được đặt vào đúng vị trí phân bố của đối tượng Ký hiệu dạng điểm có 3 loại: ký hiệu hình học; ký hiệu chữ cái: thường dùng chữ cái đầu tiên của tên gọi các đối tượng để biểu thị (P - Khách sạn; Z - Ga tàu điện ngầm; ); và ký hiệu nghệ thuật: được thiết kế dựa theo đặc điểm của đối tượng như hình dạng, màu sắc, loại hình hoạt động, dịch vụ, (-Bưu điện,  -

đồ số Kỹ thuật sử dụng siêu liên kết (hyperlink) có thể được dùng như là một giải pháp để khắc phục vấn đề này: ký hiệu được sử dụng như một nút bấm, khi nhấn chuột sẽ làm xuất hiện một cửa sổ hiển thị một ký hiệu hình tượng có kích thước đủ lớn, hoặc bài viết, ảnh với đầy đủ chi tiết mô tả về yếu tố nội dung bản

1.4.3.2 Các ký hiệu dạng đường

Các ký hiệu dạng đường được thiết kế để thể hiện các đối tượng trải dài trong không gian và có độ rộng không đáng kể so với chiều dài, còn gọi là các đối tượng hình tuyến Ví dụ: sông suối, đường giao thông, đường địa giới

Những nguyên tắc cơ bản để thiết kế các ký hiệu kiểu đường vẫn là:

- Những loại đối tượng hình tuyến có tính chất ổn định và nhận biết được một cách rõ ràng trên thực tế thì được thể hiện bằng đường nét liền, ví dụ: đường ô tô, đường sắt

- Những đối tượng hình tuyến có tính chất tạm thời (như đường mòn) hoặc chỉ là những đường quy ước (như đường địa giới) thì được biểu thị bằng những đường nét đứt hoặc nét chấm gạch

Tuy nhiên, khi thiết kế các kiểu đường, biên tập viên cần ý thức được rằng không nên dùng các biến hình học là hướng và văn hoa vì không phù hợp do khó phân biệt, nhất là lên bản đồ trực tuyến Ngoài ra, trên bản đồ trực tuyến các yếu

tố hình tuyến còn có thể trình bày bằng ký hiệu hoạt hình, ví dụ như tuyến du lịch hướng đường 1 chiều

1.4.3.3 Các ký hiệu dạng vùng

Trên bản đồ, các đối tượng có độ rộng trong không gian lớn hơn một giới hạn quy ước được thể hiện thành các vùng Các đối tượng dạng vùng thường là các vùng nước (như ao, hồ, sông lớn, biển), rừng, các vùng thực vật Để phân biệt các vùng có tính chất khác nhau, người ta thường sử dụng các biến đồ họa là màu, hoa văn, cường độ màu, hình dạng và hướng Sự kết hợp các biến đồ họa này cho phép tạo ra những ký hiệu vùng trông rất phức tạp trên bản đồ với hiệu quả truyền đạt thông tin cao Chẳng hạn, các vùng với ký hiệu màu xanh lá cây thể hiện là các vùng rừng, đồng thời các văn hoa khác nhau thể hiện các loại rừng cây khác nhau Trong môi trường mạng, ký hiệu vùng còn có thể được thể hiện sinh động bằng các hiệu ứng màu khác như nền trong, nền nhấp nháy v.v Trong một số trường hợp, kiểu ký hiệu này làm tăng hiệu quả truyền tin, nhưng lại làm giảm tốc độ đọc bản đồ Ký hiệu vùng còn thường được thiết kế để thực hiện một số chức năng của website, ví dụ là nút bấm để truy cập vào một CSDL hoặc một website khác

1.4.3.4 Chữ ghi chú

Thể hiện chữ ghi chú trên màn hình vừa khó lại vừa dễ hơn khi thể hiện trên bản đồ giấy Đương nhiên, khó khăn nảy sinh do kích thước hạn chế và độ phân giải kém của màn hình Rất ít kiểu phông chữ có thể đọc được rõ ràng trên màn hình cỡ 7 point (pt) Một vài phông kiểu sans serif có thể đọc được ở cỡ 6

pt, còn hầu hết các phông chữ kiểu antiqua đều chỉ đọc được ở cỡ 8 pt Tất nhiên

không phải tất cả các chữ ghi chú trên bản đồ số đều cần phải nhỏ, nhưng chữ to

sẽ choán hết chỗ trên màn hình và che lấp các nội dung khác Để có thể hiển thị được bản đồ trên màn hình một cách hợp lý, biên tập viên cần phải giải quyết tốt thứ bậc ưu tiên giữa chữ ghi chú và các yếu tố nội dung bản đồ khác bằng cách xác định giới hạn cỡ chữ, chọn kiểu chữ và nên sử dụng chữ có kích thước nhỏ

Hiện nay cũng đã có một số phông chữ được thiết kế chủ yếu để thể hiện trên

màn hình, như Comic Sans MS, VS1 Arial Một điều nữa biên tập viên cũng

cần lưu ý trong khi biên tập là có một số kiểu chữ có thể trông rất đẹp và dễ đọc

trên màn hình trong trạng thái thẳng đứng nhưng khi ở dạng chữ nghiêng hoặc

phải trải dài theo ký hiệu bản đồ thì trông lại xấu và rất khó đọc

Điều làm cho việc trình bày chữ dễ dàng hơn so với khi thành lập bản đồ trên giấy là các đối tượng trên bản đồ số, không nhất thiết phải gán chữ ghi chú một cách đồng thời Các chữ ghi chú có thể được phân chia sắp xếp vào các lớp khác nhau và do vậy có thể bật, tắt tùy theo chuyên đề hoặc tỷ lệ hiển thị, chúng còn có thể là nhãn ghi chú ngay trên màn hình (pop-up label), nhãn âm thanh hoặc là một kiểu nhãn nào đó theo ý định của người sử dụng Trong trường hợp này, sự kết hợp hài hòa giữa các nhãn ghi chú và các yếu tố nội dung bản đồ phải được thiết lập ngay trong quá trình thiết kế bản đồ

1.4.4 Màu sắc trình bày bản đồ trực tuyến

Theo yêu cầu truyền thống, màu sắc trên bản đồ phải hài hòa, đảm bảo tính thẩm mỹ, nhưng đồng thời tuân thủ các quy ước chung (thường được quy định trong các quyển ký hiệu) Màu trên màn hình xuất hiện từ ánh sáng phát từ bóng hình ra màn hình, do vậy màu sắc của bản đồ số sẽ khác với màu sắc trên bản đồ giấy, vì mức độ sáng và sự tương phản màu sắc khác nhau Màu sắc cho bản đồ trên giấy được lựa chọn màu từ hệ CMYK (lơ, đỏ, vàng, đen), nhưng với bản đồ trực tuyến, biên tập viên cần phải làm quen với hệ màu RGB và với khái niệm

về độ sâu của màu

Độ sâu của màu là số lượng màu có thể nhìn thấy được Số lượng này phụ thuộc vào số bit tạo nên màu, 8 bit cho 256 màu khác nhau, 16 bít cho 32.000 hoặc 65.000 màu, 24 bit cho khoảng 16 triệu màu Nhưng màu của bản đồ số còn phụ thuộc vào cấu tạo của màn hình Nếu bản đồ số được thiết kế bằng các màu 16 bit hoặc 24 bit nhưng lại chỉ hiển thị trên màn hình 8 bit thì kết quả trong sẽ rất khác so với ý đồ thiết kế

1.4.5 Các thành phần chính của bản đồ trực tuyến

Theo công nghệ truyền thống, các thành phần chính của bản đồ trên giấy bao gồm: Tên bản đồ, bản đồ chính, ghi chú thước tỷ lệ, bảng chú giải, bản đồ phụ và các ô dành cho tranh ảnh, bài viết thuyết minh hoặc biểu đồ Với bản đồ trực tuyến, ngoài các thành phần chính nêu trên, bản đồ còn có thêm các thanh công cụ tương tác thường là công cụ thu phóng (zoom), tìm kiếm thông tin, bật tắt lớp, in bản đồ

Hình 1.7 Các thành phần của bản đồ trực tuyến

(URL: http://www.gisgoesfuture.de/projects/pics/umn1_gross.PNG )

Tuy nhiên, khi biên tập bản đồ, biên tập viên không phải tìm cách thể hiện tất cả các thành phần của bản đồ trên màn hình mà chỉ cần biểu thị chúng bằng một từ khóa, hoặc một ký hiệu chứa đựng một siêu liên kết, các thông tin cần thiết sẽ được hiển thị theo yêu cầu của người dùng bằng cách lướt chuột (mouse over) hoặc nhấn chuột (mouse click) Trong các thành phần nêu trên, bảng chú giải là một thành phần quan trọng không thể thiếu của bản đồ trực tuyến Bảng chú giải có thể được tạo lập dưới 1 trong 3 dạng sau:

- Dạng cửa sổ riêng biệt: được trình bày như một ảnh trong cửa sổ riêng biệt và người dùng có thể bật, tắt cửa sổ khi cần

- Dạng pop-up menu: các nội dung giải thích ký hiệu được hiển thị khi người dùng lựa chọn đối tượng trên bản đồ

- Dạng control-panel: bảng chú giải loại này được sử dụng để điều khiển sự xuất hiện của yếu tố nội dung bản đồ như là bảng điều khiển bật, tắt các lớp, ví dụ khi nhấn vào nút các khách sạn trong bảng chú giải, thì các ký hiệu khách sạn mới xuất hiện trên màn hình

Ghi chú, thước tỷ lệ cũng có những đặc điểm khác biệt Thông thường, trên bản đồ giấy, tỷ lệ được thể hiện bằng phân số 1:M00 cùng với thước tỷ lệ và lời

ghi chú “1 cm trên bản đồ ứng với M m trên thực tế” Trên bản đồ trực tuyến, tỷ

lệ đôi khi được thể hiện bằng thước tỷ lệ hoặc bằng tỷ số 1:X, nhưng điều này

lại có nghĩa là “1 pixel trên màn hình ứng với Xm trên thực tế”

Ngoài ra, bản đồ trực tuyến còn có một thành phần khác mà trên bản đồ giấy không có đó là cửa sổ xem nhanh, hay còn gọi là khung nhìn tổng quan (Overview) Với khả năng phóng to, thu nhỏ tùy ý nên đây là một công cụ rất hữu hiệu, giúp cho người dùng biết được vị trí hiện thời trên toàn bộ bản đồ đang sử dụng

Các công cụ được thiết kế trên bản đồ trực tuyến giúp người sử dụng tra cứu bản đồ hiệu quả hơn bao gồm:

- Thu phóng bản đồ zoom-in, zoom-out

- Di chuyển khung nhìn

- Đo khoảng cách

- Hiển thị các lớp nội dung

- Tìm kiếm theo địa danh

- Hiển thị lại (redraw)

- In ấn

Tuy nhiên không phải bản đồ trực tuyến nào cũng có đầy đủ các công cụ kể trên Tùy thuộc vào lượng thông tin, ý đồ thiết kế cũng như hạn chế của công nghệ được áp dụng khi xây dựng trang web bản đồ mà số lượng các công cụ có thể khác nhau

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG BẢN ĐỒ TRỰC TUYẾN

TRÊN NỀN MÃ NGUỒN MỞ

MapServer là phần mềm mã nguồn mở cho phép tạo các bản đồ động và trình bày dữ liệu không gian trên Web Đây là sản phẩm của trường đại học Minnesota (University of Minnesota - UMN) trong dự án trong dự án ForNet của NASA kết hợp với bộ tài nguyên Minnesota Hiện nay MapServer được ứng dụng để xây dựng bản đồ trên nhiều website, cung cấp nhiều tính năng mạnh như hiển thị bản đồ có các công cụ tương tác, cho phép người dùng truy vấn dữ liệu không gian hoặc dữ liệu thuộc tính

Khi kết hợp sử dụng MapServer với hệ cơ sở dữ liệu PostgreSQL, bản đồ trực tuyến sử dụng hai công nghệ này sẽ cung cấp nhiều tính năng hữu ích, đáp ứng nhiều yêu cầu của người dùng

2.1 Các tính năng của MapServer

MapServer là môi trường phát triển cho việc xây dựng ứng dụng GIS thông qua Internet Trong môi trường kiến trúc WebGIS, MapServer đóng vai trò là ứng dụng GIS được đặt trên nền Web server Trích dẫn từ trang chủ của

MapServer, “MapServer là một môi trường phát triển mã nguồn mở dùng để xây

dựng các ứng dụng về dữ liệu không gian trên web Internet”

MapServer không hẳn là 1 ứng dụng WebGIS hoàn chỉnh, tuy nhiên MapServer cung cấp những chức năng cốt lõi đủ mạnh để đáp ứng cho các ứng dụng web khác nhau Ngoài việc tương tác với các dữ liệu GIS, MapServer còn cho phép người dùng điều khiển và tuỳ biến việc tạo ra ảnh bản đồ, có thể dưới dạng trang web, file ảnh, report, Nói cách khác MapServer đóng vai trò như

“map engine” được cung cấp nội dung để tạo ảnh bản đồ khi cần đến Các tính năng của MapServer bao gồm:

Hình 2.1 Sơ đồ biểu diễn hoạt động tạo bản đồ của MapServer

Khi MapServer lần đầu tiên được gọi bởi Apache, MapServer đọc mapfile

để xác định font, các ký hiệu (symbols), mẫu (templates) nếu là ở CGI, và nguồn

dữ liệu không gian Mapfile cũng chỉ ra kích thước của bản đồ kết quả, khoảng cách địa lý của nó, và định dạng của nó là dạng gì: GIF, JPEG, hay PNG Khi đã đọc xong mapfile, MapServer sẽ vẽ ra một hoặc nhiều ảnh: bản đồ, các ký hiệu

và ảnh thước tỷ lệ, hoặc có thể là bản đồ tham chiếu Sau đó lưu các ảnh này vào một nơi được xác định trong mapfile

Kết quả được MapServer gửi trả lại cho Web Server, Web Server gắn các kết quả này vào đúng vị trí trong form html đã được định nghĩa và gửi trả file html kết quả cho trình duyệt

o Nhập vào tọa độ của một điểm hay của một vùng

o Nhập vào một biểu thức chỉ định tiêu chí thuộc tính

o Nhập vào chỉ số của đối tượng (số thứ tự) trong shape file

Khi thực hiện kiểu truy vấn đối tượng đơn giản nhất, MapServer ghi nhớ vị trí của điểm nhấn chuột và chọn các đối tượng thỏa mãn nằm lân cận điểm nhấp chuột

Trong chế độ truy vấn thuộc tính, MapServer tìm trong bảng thuộc tính các đối tượng thỏa với biểu thức người dùng chỉ định Biểu thức này có dạng giống như biểu thức EXPRESSION của mapfile MapServer còn hỗ trợ truy vấn theo phạm vi (theo tầng – staged query) trong đó, các truy vấn dữ liệu không gian được thực hiện dựa trên tập kết quả trả về bởi một truy vấn thông tin thuộc tính

Để MapServer thực hiện được một truy vấn, mapfile phải chứa ít nhất một

layer truy vấn được (queriable) Một layer loại queriable phải ở trạng thái đang

sống (active - on hoặc default) và chứa một tham chiếu mẫu (được chỉ ra ở mức layer hoặc mức class với từ khóa TEMPLATE) Nếu tồn tại một layer truy vấn được, MapServer tìm kiếm trong bộ dữ liệu từng đối tượng một để tìm ra các đối tượng thỏa với tiêu chí dữ liệu không gian hoặc thông tin thuộc tính Nếu một

mẫu (template) tồn tại để biểu diễn đối tượng thỏa mãn thì đối tượng này được đưa vào trong bộ kết quả - nếu không đối tượng sẽ bị loại bỏ Việc tồn tại một mẫu mức layer đảm bảo rằng tất cả các đối tượng trong layer thỏa mãn tiêu chí tìm kiếm sẽ được lựa chọn Mặt khác, nếu một mẫu layer không được chỉ định

ra, các class không có mẫu sẽ trả về kết quả là không

Ngoài ra, MapServer còn có những tính năng cơ bản như:

- Hỗ trợ các di ̣ch vụ WebGIS theo chuẩn OGC , bao gồm: WMS Server, WMS Client, WFS Server, WFS Client và WCS Server

- Xuất bản đồ với nhiều ưu điểm:

o Vẽ đối tượng theo tỷ lệ

o Hiển thị nhãn theo đối tượng và giải quyết trùng lặp nhãn

o Tùy biến giao diện, mẫu trước khi xuất

o Sử dụng font: TrueFont

o Có các thành phần của bản đồ như thước tỷ lệ, chú giải, bản đồ tham chiếu, mũi tên hướng Bắc

o Tạo bản đồ chuyên đề dựa trên biểu thức truy vấn trên các lớp cơ sở

- Hỗ trợ các ngôn ngữ kịch bản phổ biến và môi trường phát triển như C#, PHP, Perl, Python, Java, và Ruby

- Hỗ trợ các hệ điều hành: Linux, Windows, MAC OS X, Solaris, …

- Hỗ trợ định dạng dữ liệu raster và vector:

o TIFF/GeoTIFF, GIF, PNG, ERDAS, JPEG và EPPL7

o ESRI shapefile, PostGIS, ESRI ArcSDE, Oracle Spatial, MySQL, …

- Hỗ trợ lưới chiếu: hỗ trợ hơn 1000 lưới chiếu trong thư viện Proj.4

2.2 Các thành phần và cách thức hoạt động của MapServer

Ứng dụng MapServer sử dụng chuẩn giao tiếp CGI để giao tiếp với các thành phần và với HTTP Server Vì vậy đôi khi còn gọi ứng dụng MapServer là ứng dụng MapServer CGI Do có mã nguồn mở, nên nó cũng có những ứng dụng được biên dịch để có thể dùng MapScript truy xuất trực tiếp các hàm API của MapServer

2.2.1 Các thành phần của MapServer

Các thành phần chính của MapServer bao gồm:

- File khởi tạo (Initialization File): Được dùng để cấu hình và tùy biến các

thông số và ứng dụng MapServer Bằng cách sử dụng file khởi tạo (dưới dạng file html hoặc htm), ta định nghĩa các tham số cơ bản cần thiết để MapServer có thể thực thi được

Thông qua chuỗi URL nhận được, sử dụng file khởi tạo này, MapServer biết được các tham số cơ bản Các tham số này còn được MapServer gửi trả kèm trong kết quả cho phía client

- Mapfile - điều khiển cách tương tác với dữ liệu Mapfile cũng bao gồm cả

thông tin về vẽ bản đồ như thế nào, ghi chú bản đồ ra sao và vẽ kết quả của câu truy vấn Mapfile có phần mở rộng là map

- Template File - điều khiển các hình bản đồ và các ghi chú trả về bởi

MapServer sẽ xuất hiện trên trang HTML Cách làm của MapServer như sau: trước hết MapServer đọc file template, nếu gặp các từ khoá hoặc các từ mẫu thì

nó sẽ thay thế các giá trị tương ứng lấy từ chuỗi kết quả trả về, cuối cùng file html được gửi về cho trình duyệt Bởi vì template file sẽ được dùng để tạo ra 1 trang HTML, nên thông thường template file cũng được lưu dưới dạng 1 trang HTML với phần mở rộng html

Ngoài ra trình duyệt có thể sử dụng trang HTML được phát sinh từ template file để hiển thị cho người dùng, cho nên trong template file cũng có thể chứa các đoạn mã của các ngôn ngữ script, thẻ HTML, qui định tương tác của người dùng (phóng to, thu nhỏ, dịch chuyển, )

- GIS Dataset - Về dữ liệu vectơ, MapServer sử dụng shapefile (của ERI)

làm định dạng dữ liệu mặc định Bên cạnh đó với hầu hết các định dạng dữ liệu vectơ GIS phổ biến trên thế giới hiện nay, MapServer đều có thể hiểu và tương tác được Như PostGIS, ESRI ArcSDE, MapInfo, và nhiều định dạng khác thông qua thư viện OGR

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

MapServer có mã nguồn mở, nên người dùng có thể biên dịch lại MapServer để thêm hay bỏ bớt các định dạng dữ liệu không muốn hỗ trợ

2.2.2 Cách thức hoạt động của MapServer

MapServer có thể hoạt động ở hai chế độ CGI (Common Gateway Interface) và API (Application Program Interface) Ở chế độ CGI, các chức năng của MapServer trong môi trường WebServer là CGI MapScript Đây là cách thức dễ dàng để khởi tạo và phát triển một ứng dụng Ở chế độ API, có thể truy cập MapServer bằng PHP, Perl hoặc Python, chế độ này cho phép xây dựng các ứng dụng uyển chuyển, giàu các chức năng và có khả năng truy cập các cơ sở dữ liệu mở rộng khác

Hình 2.2 Sơ đồ hoạt động của MapServer

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

2.2.3 Qui trình xử lý của MapServer

Hình 2.3 Qui trình xử lý của MapServer

Xác định lại phạm vi

bản đồ

Hiển thị thông tin truy vấn Vẽ lại bản đồ

CSDL bản đồ

2.2.4 Một số ví dụ bản đồ trên mạng sử dụng công nghệ MapServer

- Trang thông tin hướng dẫn về thành phố Komotini (Hy Lạp)

Trang này cung cấp thông tin dữ liệu không gian (địa chỉ, đường phố, điểm giao cắt các phố, các vị trí đáng quan tâm) Trang này còn cung cấp tính năng tìm đường đi (đi bộ, hoặc đi bằng phương tiện giao thông)

Công nghệ được sử dụng: MapServer – phpMapscript-RozaApplet

Địa chỉ:

http://www.komotini-polis.gr/maplab/projects/gmf_apps/new_installation_en/frameset.php

Hình 2.4 Trang bản đồ thành phố Komotini – Hy Lạp

- Trang về dữ liệu các vùng nước ở Pháp

Atlas dữ liệu không gian trên web site của Sandre cho phép người dùng truy cập đến tất cả các tập dữ liệu tham khảo về các vùng nước của Pháp Người dùng có thể xuất dữ liệu dạng ESRI shape file (sử dụng WFS), lọc dữ liệu dựa vào vùng NUTS (sử dụng SLD, FE, và WMS) và dựa vào bản đồ nền trồng lên nhau (ảnh vệ tinh Image 2000 từ JRC, BDCarto từ IGN, Geology từ BRGM, …)

từ tất cả các layer WMS

Địa chỉ: http://sandre.eaufrance.fr/geoviewer/?lang=en

Hình 2.5 Trang bản đồ các vùng nước ở Pháp

2.3 Hệ CSDL không gian PostgreSQL

Để tăng thêm hiệu quả cho MapServer, ta sử dụng MapServer kết hợp với một hệ cơ sở dữ liệu không gian Lúc đó, cơ sở dữ liệu địa lý mà MapServer sử dụng được đặt vào trong một hệ cơ sở dữ liệu không gian Thông thường hệ cơ

sở dữ liệu không gian sẽ là một module mở rộng của một hệ quản trị cơ sở dữ liệu, nên dữ liệu thuộc tính khác có liên hệ với dữ liệu không gian cũng được đặt vào trong hệ quản trị cơ sở dữ liệu này Việc kết hợp như vậy sẽ tăng thêm sức mạnh cho bản đồ trực tuyến Khi đó, bản đồ trực tuyến hoạt động trên nền một

hệ quản trị cơ sở dữ liệu chuyên nghiệp, có nhiều tính năng mạnh, phục vụ được nhiều yêu cầu khác nhau của người dùng

2.3.1 Tổng quan về PostgreSQL

PostgreSQL là 1 CSDL quan hệ có lịch sử phát triển lâu dài Vào cuối những năm 1970, trường Đại học California ở Berkeley bắt đầu phát triển CSDL quan hệ sơ khai PostgreSQL’s có tên là Ingres Những tiến bộ trong công nghệ quan hệ đã đưa Ingres trở thành 1 sản phẩm mang tính thương mại Công nghệ quan hệ này đã trở thành tập đoàn Ingres và sau này nó được tiếp quản bởi Computer Associates Vào khoảng năm 1986, Michael Stonebraker ở UC Berkeley đã cùng với các cộng sự của mình bổ sung thêm những đặc trưng hướng đối tượng vào trung tâm Ingres; một phiên bản mới được gọi là Postgres Postgres một lần nữa lại được công ty Illustra thương mại hóa Vào giữa những năm 90, Andrew Yu và Jolly Chen đã thêm SQL để hỗ trợ cho Postgres Các phiên bản trước đây sử dụng ngôn ngữ truy vấn Postgres riêng biệt được gọi là Postquel Vào năm 1996, người ta bổ sung thêm vài đặc trưng mới, bao gồm

việc thực hiện mô hình MVCC (Multi-Version Concurrency Control), sự tham gia chuẩn SQL92, và nhiều cải tiến được thực hiện Một lần nữa Postgres lại có

1 tên mới là PostgreSQL

Ngày nay, PostgreSQL được phát triển bởi 1 tổ chức quốc tế đề xuất phần mềm mã nguồn mở PostgreSQL Global Development PostgreSQL là mã nguồn

mở không độc quyền Gần đây Red Hat đã thương mại hóa PostgreSQL, tạo ra CSDL, nhưng bản thân PostgreSQL là mã nguồn mở miễn phí

Hệ thống quản lý CSDL quan hệ truyền thống (DBMSs) cung cấp một mô hình với tập hợp tên quan hệ, các thuộc tính của kiểu đặc trưng Mô hình quan

hệ thay thế thành công mô hình cũ một phần bởi vì tính “Spartan simplicity” Tuy nhiên, tính dễ dàng của nó lại tạo ra những khó khăn khi thực hiện cho một ứng dụng cụ thể PostgreSQL bổ sung một điểm mạnh bằng việc kết hợp bốn khái niệm cơ bản dưới đây theo một phương pháp giúp người sử dụng có thể mở rộng hệ thống một cách đơn giản:

cơ sở dữ liệu quan hệ

2.3.2 Các đặc trưng của PostgreSQL

PostgreSQL cung cấp tất cả các đặc trưng thường dùng của 1 CSDL quan

hệ cùng với nhiều đặc trưng riêng biệt PostgreSQL cung cấp tính kế thừa cho độc giả hướng đối tượng Có thể thêm vào PostgreSQL các kiểu dữ liệu của riêng bạn PostgreSQL hỗ trợ cho kiểu dữ liệu hình học như point, line segment, box, polygon, và circle PostgreSQL sử dụng cấu trúc chỉ mục, cấu trúc đó tạo nhanh các kiểu dữ liệu hình học PostgreSQL có thể mở rộng, xây dựng các chức năng mới, các phép toán mới và kiểu dữ liệu mới trong ngôn ngữ mà bạn chọn lựa PostgreSQL được xây dựng theo kiến trúc client/server Ta có thể xây dựng các ứng dụng khách trong 1 số ngôn ngữ khác, bao gồm C, C++, Java, Python, Perl, TCL/Tk, Về phía máy chủ, PostgreSQL hỗ trợ nhiều ngôn ngữ thủ tục mạnh mẽ như PL/pgSQL, Perl, TCL/Tk, và thậm chí cả tiện ích bash Dưới đây là 1 vài đặc trưng được tìm thấy trong phân bố PostgreSQL chuẩn

- Kết nối đối tượng trong PostgreSQL, mỗi bảng xác định 1 lớp PostgreSQL thừa kế các công cụ giữa các bảng (hoặc giữa các lớp) Các chức năng và các toán tử rất đa dạng

- Các chuẩn PostgreSQL đều thực hiện theo cú pháp của chuẩn SQL92 và các đặc trưng của SQL99

- Xử lý giao tác PostgreSQL bảo vệ dữ liệu và kết hợp nhiều người sử dụng cùng 1 thời gian trong toàn bộ quá trình Mô hình giao dịch được PostgreSQL sử dụng dựa trên nhiều phiên bản kiểm soát trùng hợp MVCC (multi-version concurrency control)

- Nhiều ngôn ngữ thủ tục Triggers và các thủ tục khác có thể được viết trong bất cứ ngôn ngữ thủ tục riêng nào Mã Server-side phổ biến nhất được viết trong PL/pgSQL giống với Oracle’s PL/SQL PostgreSQL cũng

có thể phát triển mã server-side trong Tcl, Perl, thậm trí trong mã nguồn

- Một trong những đặc trưng quan trọng nhất của PostgreSQL là nó có thể được mở rộng Nếu không tìm thấy một vấn đề nào đó mà bạn cần, bạn có thể thêm vào nó tuỳ ý Ví dụ, có thể thêm các kiểu dữ liệu, các chức năng

và các toán tử mới, thậm chí cả thủ tục và ngôn ngữ máy khách mới

Ngoài ra, PostgreSQL còn có các đặc trưng quy tắc vàng như:

- Tính phức tạp – Complex

- Định danh đối tượng – Object identity

- Kiểu và lớp – Type and classes

- Lớp hoặc kế thừa kiểu - Class or Type Hierarchies

- Chồng hàm và chồng toán tử

- Tính đầy đủ của tính toán - Computational completeness

- Khả năng mở rộng – Extensibility

2.3.3 Kiến trúc về hệ quản trị CSDL PostgreSQL

Cũng như các ứng dụng client/server khác, các ứng dụng client và server có thể nằm trên các máy khác nhau và được trao đổi thông qua mạng giao thức TCP/IP PostgreSQL quản lý đồng thời nhiều kết nối, có thể tạo mới, hủy kết nối, Kiến trúc tổng thể của hệ thống được thể hiện trong hình 2.5

Hệ quản trị CSDL nhận các yêu cầu đầu vào dưới dạng các câu lệnh SQL

từ người dùng thông qua các giao diện người dùng, phân tích, thực hiện trên CSDL và trả về kết quả

- Quản lý truy nhập: Lớp này gồm nhiều mô đun hỗ trợ cho tệp (ở trong

CSDL nó là một tập hợp các trang nhớ hoặc tập hợp các bản ghi)

- Quản lý vùng đệm: Chuyển các trang nhớ được yêu cầu từ đĩa cứng lên bộ

nhớ chính, phục vụ cho lớp quản lý truy nhập

- Lớp quản lý lưu trữ vật lý: lớp thấp nhất, quản lý không gian đĩa cứng lưu

trữ dữ liệu Cung cấp cho các lớp trên các dịch vụ: cấp phát, thu hồi, ghi, đọc các trang nhớ

Hệ quản trị CSDL hỗ trợ điều khiển tương tranh và phục hồi sự cố bằng cách lập kế hoạch các yêu cầu của người dùng, lưu lại tất cả các thay đổi của CSDL Các mô đun liên quan đến điều khiển tương tranh và phục hồi sự cố:

- Quản lý giao tác: đảm bảo cho các giao tác yêu cầu khóa và mở khóa theo

một giao thức thích hợp và lên kế hoạch thực hiện các giao tác

- Quản lý khóa: giữ vết của các yêu cầu khóa và cấp khóa trên các đối

Quản lý phục hồi sự cố

CSDL

Câu lệnh SQL

Kết nối và xác thực