ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ MẠNG LƯỚI VIỄN THÔNG TẠI TỈNH SAVANNAKHET (LÀO) LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chương 3: Cài đặt và thử nghiệm hệ thống quản lý mạng lưới viễn thông trạm BTS Trình bày các bước xây dựng ứng dụng trên nền bản đồ trực tuyến, xây dựng giao diện ứng dụng minh họa và đá

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

SENGTHIENG CHITTAPHONE

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ MẠNG LƯỚI VIỄN THÔNG TẠI TỈNH SAVANNAKHET (LÀO)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Đà Nẵng - Năm 2017

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

SENGTHIENG CHITTAPHONE

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ MẠNG LƯỚI VIỄN THÔNG TẠI TỈNH SAVANNAKHET (LÀO)

Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Mã số: 60.48.01.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Trần Quốc Vinh

Đà Nẵng - Năm 2017

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản luận văn này là công trình nghiên cứu riêng của tôi, không sao chép ở bất kỳ công trình khoa học nào trước đây Các kết quả nêu trong luận văn có nguồn gốc rõ ràng và được trích dẫn đầy đủ Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về luận văn này

Học viên

SENGTHIENG CHITTAPHONE

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các quý thầy cô giáo, khoa chuyên ngành Công nghệ thông tin, Trường Đại học Bách khoa đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian tôi theo học tại chương trình Các kiến thức, kinh nghiệm quý báu của các Quý thầy cô giáo không chỉ giúp cá nhân tôi hoàn thiện hệ thống kiến thức trong học tập mà còn giúp tôi ứng dụng các kiến thức đó trong công tác hiện tại tại đơn vị

Đặc biệt, tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Nguyễn Trần Quốc Vinh đã rất nhiệt tình và tâm huyết trong việc định hướng và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Ngoài ra, tôi cũng xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Sở Bưu chính viễn thông, Giám đốc và cán bộ nhân viên các doanh nghiệp Viễn thông Sky Telecom, Lao Telecom, ETL Telecom đã tạo điều kiện cung cấp những các số liệu và những kiến thức thực tiễn cho tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp này

Tôi cũng xin được bày tỏ tình cảm với gia đình, đồng nghiệp, bạn bè đã tạo điều kiện để cá nhân tôi có thể dành thời gian cho khóa học Xin chân thành cảm ơn những người bạn lớp cao học K32, trong gần 2 năm qua đã luôn luôn động viên, khích lệ và hỗ trợ tôi trong quá trình học tập

Trong quá trình thực hiện Luận văn mặc dù đã cố gắng hết mình, song chắc chắn luận văn của tôi vẫn còn nhiều thiếu sót Tôi rất mong nhận được sự chỉ bảo vào đóng góp tận tình của các thầy cô để luận văn của tôi được hoản thiện hơn

Đà Nẵng, Ngày 15 tháng 11 năm 2017

Tác Giả: SENGTHIENG CHITTAPHONE

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN……….i

LỜI CẢM ƠN….……….ii

MỤC LỤC……….……….iii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT……… vi

DANH MỤC CÁC BẢNG……… .viii

DANH MỤC CÁC HÌNH……… ….ix

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 3

2.1 Mục tiêu tổng quát 3

2.2 Mục tiêu cụ thể 3

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

3.1 Đối tượng nghiên cứu 3

3.2 Phạm vi nghiên cứu 3

4 Nội dung nghiên cứu 3

5 Phương pháp nghiên cứu 4

6 Bố cục của luận văn 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ 5

1.1 Hệ thống thông tin địa lý (GIS) 5

1.1.1.Khái niệm về GIS 6

1.1.2 Các thành phần của GIS……… 8

1.1.3 Ứng dụng công nghệ thông địa lý (GIS) 11

1.2 Ứng dụng giải pháp GEOSERVER trong hệ thống thống tin quản lý mạng lưới viễn thông viên thông tại tỉnh Savannakhet 23

1.2.1 Tổng quan GEOSEOVER 23

1.2.2 Qui trình hiển thị bản đồ trong Geoserver lên giao diện WebGis 25

1.2.3 Tổng quan về mạng viễn thông 28

1.3 Kết chương 32

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUẢN LÝ TRÊN NỀN GIS 33

2.1 Mô tả hệ thống 33

2.1.1 Yêu cầu chức năng 33

2.1.2 Mô hình hệ thống 34

2.2 Các ca sử dụng 35

2.2.1 Sơ đồ Use-case 35

2.2.2 Đặc tả Use - Case 38

2.3 Biểu đồ hoạt động 41

2.3.1 Các ký hiệu 41

2.3.2 Quản trị người dùng 41

2.3.3 Khai thác điểm thông tin bản đồ 42

2.3.4 Quản lý điểm viễn thông 42

2.3.5 Quản lý phường xã 43

2.3.6 Quản lý quận huyện 43

2.3.7 Quản lý nhà mạng 44

2.4 Mô tả cơ sở dữ liệu 44

2.4.1 Mô tả dữ liệu 44

2.4.2 Chi tiết các thực thể dữ liệu 45

2.5 Kết chương 47

CHƯƠNG 3 CÀI ĐẶT VÀ THỬ NGHIÊM HỆ THỐNG 48

3.1 Cài đặt và phát triển hệ thông 48

3.1.1 Các công cụ xây dựng phần mềm 48

3.1.2 Cách tổ chức các lớp dữ liệu (layers) chồng lớp trên Geoserver 50

3.1.3 Kết quả hiển thị các lớp dữ liệu trên Geoserver 52

3.1.4 Hiển thị bản đồ từ các lớp dữ liệu trong GEOSERVER 53

3.1.5 Xây dựng tầng giao diện 58

3.2.Thử nghiệm hệ thống 60

3.2.1 Kết quả giao diện các chức năng hệ thống 60

3.2.2 Đánh giá kết quả thử nghiệm 64

3.3 Kết chương 65

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BTS Base Tranceiver Station Trạm trung chuyển thu và phát sóng

điện thoại di động BSC Base Station Control Trạm điều khiển cơ sở

DSM Digital Surface Model Mô hình bề mặt số

DTM Digital Terrain Model Mô hình địa hình số

ETL Enterprise of Telecommuni

cations Lao Doanh nghiệp viễn thông Lào GIS

Geographic Information

GISLAOPT

Geography Information System Lao Post and Telecommunication

Hệ thống thông tin địa lý của Bưu chính và Viễn thông Lào

GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu

HTML Hypertext Markup Language Nguôn ngữ đánh dấu siêu văn bản IIS Internet Information Service Dịch vụ thông tin trên internet

LTC Lao Telecommunications

OGC Open Geospatial

Consortium Tổ chức tiêu chuẩn nguồn mở GIS

WKB Well Known Binary Định dạng trao đổi và lưu trữ CSDL

GIS theo chuẩn OGC

WKT Well Known Text

Ngôn ngữ đánh dấu văn bản cho các đối tượng hình học cấu trúc vector trên bản đồ

WCS Web Coverage Service Dịch vụ phủ song web

WFS Web Feature Service Dịch vụ tính năng web

DANH MỤC CÁC BẢNG

SỐ HIỆU TÊN BẢNG TRANG Bảng 2.1 Bảng yêu cầu chức năng của hệ thống quản lý 33

Bảng 2.2 Bảng nhóm use – case quản lý người dùng 38

Bảng 2.3 Bảng nhóm use – case quản lý điểm BTS 38

Bảng 2.4 Bảng nhóm use – case quản lý phường xã 39

Bảng 2.5 Bảng nhóm use – case quản lý quận huyện 40

Bảng 2.6 Bảng nhóm use – case quản lý nhà mạng 41

Bảng 2.7 Bảng các ký hiệu của biểu đồ chức năng 42

Bảng 3.1 Mô tả các lớp dữ liệu (layers) trên Geoserver 51

Hình 1.5 Buffer bên trong một hình có bán kính xác định 19

Hình 1.7 Kết quả tìm kiếm trên mạng giao thông 21

Hình 1.9 Các loại định dạng dữ liệu GeoServer có thể truy xuất 25 Hình 1.10 Quy trình hiển thị bản đồ trong GeoServer [14] 25 Hình 1.11 Các thành phần cơ bản của viễn thông 28

Hình 1.12 Bản đồ nhà mạng viễn thông ETL 30 Hình 1.13 Bản đồ nhà mạng viễn thông Lao Telecom 30 Hình 1.14 Bản đồ nhà mạng viễn thông Sky Telecom 31 Hình 1.15 Bản đồ nhà mạng viễn thông Unitel Telecom 31 Hình 1.16 Bản đồ nhà mạng viễn thông Beeline 32

Hình 2.9 Khai thác điểm thông tin bản đồ 42 Hình 2.10 Sơ đồ quản lý điểm viễn thông 42

Hình 2.12 Sơ đồ quản lý quận huyện 43

Hình 3.1 Cách tổ chức các lớp dữ liệu chồng lớp trên Geoserver 50 Hình 3.2 Các lớp dữ liệu trong Geoserver 52 Hình 3.3 Kết quả hiển thị lớp ranh giới huyện 52 Hình 3.4 Kết quả hiển thị lớp ranh giới tỉnh 53 Hình 3.5 Sơ đồ quản trị hệ thống quản lý mạng lưới viễn thông 58 Hình 3.6 Trang web dành cho người quản trị 58

Hình 3.10 Cài đặt các lớp dữ liệu lên Geoserver 60 Hình 3.11 Giao diện chương trình khi chưa đăng nhập 60

Hình 3.13 Trang sau khi đăng nhập hệ thống 61 Hình 3.14 Xem thông tin chi tiết của một trạm BTS 62

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, hệ thống cơ sở hạ tầng viễn thông tỉnh Savannakhet được đầu tư và phát triển rộng khắp, hệ thống cáp quang được kéo đến 96% trung tâm các xã; mạng lưới trạm thu phát sóng được phát triển mạnh mẽ, toàn tỉnh đã có trên 889 trạm Base Tranceiver Station (BTS) phủ sóng trên hầu hết các khu vực trên địa bàn tỉnh, mạng 2G, 3G và 4G cũng đã được phủ sóng đến trung tâm các huyện, xã, các khu công nghiệp, trên 500 trạm viễn thông, hơn 431 điểm cung cấp dịch vụ viễn thông, internet Nhìn chung, mạng lưới cơ sở hạ tầng viễn thông trên địa bàn tỉnh Savannakhet cơ bản đã đáp ứng được nhu cầu sử dụng thông tin của người dân trên địa bàn tỉnh

Các số liệu này được Sở Bưu chính Viễn thông và Thông tin (SBCVT & TT) tỉnh cập nhật và lưu trữ nhưng vẫn còn riêng lẽ, dưới nhiều định dạng khác nhau Dữ liệu quản lý và lưu trữ chủ yếu là dữ liệu trên giấy và dạng dữ liệu điện tử, bao gồm các file Word, Excel, chưa hệ thống hóa thành một cơ sở dữ liệu thống nhất, cơ sở dữ liệu nền chung việc cập nhật, thống kê, xử lý thông tin còn nhiều hạn chế và tốn thời gian Hiện tại chưa có công cụ hỗ trợ tốt trong việc kết hợp các thông tin về hiện trạng mạng lưới, thông tin về quản lý, chưa được gắn liền với bản đồ số nên gây ra khó khăn trong công tác quản lý, quản lý việc phát triển hạ tầng mạng viễn thông trên địa bàn tỉnh Từ

đó làm cho công tác quản lý, thẩm định, thanh kiểm tra phải mất nhiều thời gian, chưa khoa học, chưa có kết nối dữ liệu từ tỉnh đến huyện, từ Sở Bưu chính Viễn thông và Thông tin đến các doanh nghiệp bưu chính, viễn thông, đến các cơ quan quản lý liên quan

Vấn đề đặt ra cho quản lý nhà nước về lĩnh vực thông tin và truyền thông là hỗ trợ tích cực cho các doanh nghiệp nhưng đảm bảo cảnh quan đô thị, tránh chồng chéo trong xây dựng mạng lưới và ảnh hưởng đến các hạ tầng kỹ thuật khác (giao thông, cấp nước, thoát nước, điện…), phát triển đúng quy hoạch Theo chỉ đạo của Bộ BCVT và UBND tỉnh, các doanh nghiệp đã tiến hành ngầm hóa và hợp tác dùng chung mạng lưới Đây cũng là bài toán đặt ra cho Sở BCVT trong việc quản lý và tham mưu cho lãnh đạo liên quan đến hoạt động và phát triển thông tin và truyền thông tại địa phương Điều này cần có những công cụ hỗ trợ quản lý chính xác và hữu hiệu thì công nghệ GIS là sự lựa chọn phù hợp nhất hiện nay Đến nay, tại Sở bưu chính viễn thông nói riêng và Bộ bưu

chính viễn thông của Lào nói chung chưa có hệ thống quản lý mạng lưới viễn thông đáp ứng những yêu cầu hiện tại

Vì những lý do như trên, tôi đề xuất chọn đề tài luận văn cao học: “Ứng dụng công nghệ GIS xây dựng hệ thống quản lý mạng lưới viễn thông tại tỉnh

Savannakhet (Lào)”

2 Mục tiêu nghiên cứu

2.1 Mục tiêu tổng quát

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GIS nâng cao hiệu quả quản lý về hạ tầng viễn thông, trong đó chú trọng quản lý việc phát triển, giám sát hạ tầng viễn thông và việc quản lý khoảng cách giữa các trạm BTS, quản lý dùng chung trạm BTS tại tỉnh Savannakhet

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Hệ thống thông tin địa lý

- Các yếu tố dẫn đến hệ thống quản lý mạng lưới viễn thông

- Thông tin dữ liệu mạng lưới viễn thông, bản đồ hành chính tỉnh Savannakhet

3.2 Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu và đề xuất mô hình hệ thống thông tin địa lý quản lý hạ tầng viễn thông và quản lý khoảng cách giữa hai trạm BTS bất kỳ trên địa bàn tỉnh Savannakhet phù hợp với phân hệ tích hợp trong hệ thống GISLAOPT

- Xây dựng cơ sở dữ liệu để nghiên cứu, phân tích hạ tầng trạm BTS thuộc doanh nghiệp quản lý, khu vực tỉnh

- Mô hình sau khi thiết kế được cài đặt vào hệ quản trị cơ sở dữ liệu phục vụ nhiều người dùng chạy trên hệ thống máy chủ GISLAOPT

- Xây dựng phần mềm cho phép xem, truy vấn, hỗ trợ một số chức năng cơ bản quản

lý trạm BTS

4 Nội dung nghiên cứu

1) Khảo sát và đánh giá hạ tầng viễn thông và trạm BTS của doanh nghiệp khu vực tỉnh Savannakhet

2) Nghiên cứu bài toán quản lý, quy hoạch trạm BTS (phạm vi nghiên cứu quy hoạch khoản cách giữa hai trạm bất kỳ) và hạ tầng viễn thông khu vực tỉnh Savannakhet 3) Xây dựng bản đồ quản lý hạ tầng trạm BTS khu vực tỉnh Savannakhet

4) Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng phần mềm mô phỏng và hạ tầng viễn thông trên công nghệ GIS

5 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài xác định mục tiêu nghiên cứu ứng dụng GIS trong quản lý hạ tầng viễn thông và trạm BTS trên địa bàn tỉnh Savannakhet Phương pháp nghiên cứu sẽ tiếp cận các thành quả khoa học công nghệ hiện nay như công nghệ thông tin, khoa học thông tin địa lý, lý thuyết đồ thị, cơ sở hạ tầng viễn thông và phương pháp quy hoạch và quản

lý đô thị

6 Bố cục của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, các phụ lục đính kèm, luận văn được trình bày trong 3 chương:

Chương 1: Nghiên cứu tổng quan

Nội dung chương 1 trình bày lý thuyết về GIS và những lĩnh vực khoa học ứng dụng GIS để thiết kế hệ thống, cách ứng dụng giải pháp mã nguồn mở Geoserver trong

hệ thống thông tin quản lý mạng lưới viễn thông

Chương 2: Phân tích và Xây dựng hệ thống GIS

Nội dung chương 2 trình bày khái niệm liên quan và các nguyên lý cơ bản hổ trợ cho việc triển khai ứng dụng WebGis trình bày bài toán hệ thống quản lý mạng lưới viễn thông Trạm BTS, phân tích hệ thống và đưa ra giải pháp xây dựng ứng dụng

Chương 3: Cài đặt và thử nghiệm hệ thống quản lý mạng lưới viễn thông trạm BTS Trình bày các bước xây dựng ứng dụng trên nền bản đồ trực tuyến, xây dựng giao diện ứng dụng minh họa và đánh giá kết quả đạt được trong quản lý trạm BTS trên nền tảng GIS, xuất hiện các chức năng xem thông tin một trạm BTS khi người dùng bấm chuột vào trạm

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ

1.1 Hệ thống thông tin địa lý (GIS)

Địa lý (geography) được hình thành từ hai khái niệm: trái đất (geo-earth) và tiến trình mô tả (graphy) Như vậy, địa lý được xem như tiến trình mô tả trái đất Khi mô tả trái đất, các nhà địa lý luôn đề cập đến quan hệ không gian Chìa khóa của nghiên cứu các quan hệ không gian là bản đồ Theo Hiệp hội Bản đồ Quốc tế thì bản đồ là biểu diễn bằng đồ họa tập các đặc trưng trừu tượng và các quan hệ không gian trên bề mặt trái đất Nói một cách khác bản đồ là quá trình chuyển đổi từ thông tin bề mặt trái đất sang bản

đồ giấy [7]

Hệ thống thông tin là tập các tiền xử lý dữ liệu thô để sản sinh ra các thông tin có ích cho công tác lập quyết định Chúng bao gồm các thao tác dẫn chúng ta đi từ lập kế hoạch quan sát và thu thập dữ liệu tới lưu trữ và phân tích dữ liệu, tới sử dụng các thông tin suy diễn trong việc lập quyết đinh Theo quan niệm này thì bản đồ cũng là một loại

hệ thông tin Bản đồ là tập hợp các dữ liệu, các thông tin suy diễn từ nó được sử dụng vào công việc lập quyết định Hệ thông tin địa lý là hệ thông tin được thiết kế để làm việc với dữ liệu quy chiếu không gian hay tọa độ địa lý Khái niệm hệ thông tin địa lý được hình thành từ ba khái niệm: địa lý, thông tin và hệ thống được viết tắt là GIS Ý nghĩa của chúng được diễn giải như sau:

• Geographic Information System (Mỹ)

• Geographical Information System (Anh, Úc, Canada)

• Geographic Information Science (nghiên cứu lý thuyết và quan niệm của hệ thông tin địa lý vá các công nghệ thông tin địa lý)

• Geographic Information Studies (nghiên cứu về ngữ cảnh xã hội của thông tin) Khái niệm “địa lý” được sử dụng tại đây vì GIS trước hết liên quan đến các đặc trưng địa lý hay không gian Các đặc trưng này được ánh xạ hay liên quan đến các đối tượng không gian Chúng có thể là các đối tượng vật lý, văn hóa hay kinh tế trong tự nhiên Các đặc trưng trên bản đồ là biểu diễn ảnh của các đối tượng không gian trong thế giới thực Biểu tượng, màu và kiểu đường được sử dụng để thể hiện các đặc trưng không gian khác nhau trên bản đồ 2D

Khái niệm “thông tin” đề cập đến khối dữ liệu khổng lồ do GIS quản lý Các đối

tượng thế giới thực đều có tập riêng các dữ liệu chữ-số thuộc tính hay đặc tính (còn gọi

là dữ liệu phi hình học, dữ liệu thống kê) và các thông tin vị trí cần cho lưu trữ, quản lý các đặc trưng không gian

Khái niệm “hệ thống” đề cập đến cách tiếp cận hệ thống của GIS Mỗi trường hệ thống GIS được chia nhỏ thành các môđun để dễ hiểu, dễ quản lý nhưng chúng được tích hợp thành hệ thống thống nhất, toàn vẹn Công nghệ thông tin đã trở thành quan trọng, cần thiết cho tiệm cận này và hầu hết các hệ thống thông tin đều được xây dựng trên cơ sở máy tính

Khái niệm “công nghệ thông tin địa lý” (geographic information technology) là công nghệ thu thập và xử lý thông tin địa lý Chúng bao gồm ba loại cơ bản sau:

• Hệ thống định vị toàn cầu (global postioning system-GPS): đo đạc vị trí trên mặt đất dựa trên cơ sở hệ thống các vệ tinh

• Viễn thám (remote sensing): sử dụng vệ tinh để thu thập thông tin về trái đất

• Hệ thông tin địa lý (GIS)

1.1.1 Khái niệm về GIS

GIS có thể hiểu một cách đơn giản là tập hợp các thông tin có liên quan đến yếu tố địa lý một cách đồng bộ và logic Như vậy, về ý tưởng nó được xuất hiện rất sớm cùng với sự phát minh ra bản đồ Nhưng sự hình thành rõ nét của hệ thông tin địa lý một cách hoàn chỉnh, và đưa vào ứng dụng có hiệu quả thì cũng chỉ nghiên cứu phát triển trong một số năm gần đây.Hay nói cách khác Hệ thống thông tin địa lý GIS là một công cụ tập hợp những quy trình dựa trên máy tính để lập bản đồ, lưu trữ và thao tác dữ liệu địa

lý, phân tích các sự vật hiện tượng thực trên trái đất, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược Một tập hợp có tổ chức của phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu và con người được thiết kế để thu nhận, lưu trữ, cập nhật, thao tác phân tích làm mô hình và hiển thị tất cả các dạng thông tin địa lý có quan hệ không gian nhằm giải quyết các vấn

đề về quản lý khác nhau [6]

Hiện nay có rất nhiều định nghĩa về GIS, nhưng đều có điểm giống nhau như: bao hàm khái niệm dữ liệu không gian, phân biệt giữa hệ thông tin quản lý và GIS So với bản

đồ thì GIS có lợi thế là lưu trữ dữ liệu và biểu diễn chúng là hai công việc tách biệt nhau

Do vậy GIS cho khả năng quan sát từ các góc độ khác nhau trên cùng tập dữ liệu Sau đây

là một số định nghĩa GIS hay sử dụng:

• Định nghĩa của dự án The Geographer’s Craft, khoa địa lý, trường đại học Texas

GIS là CSDL số chuyên dụng trong đó hệ trục tạo độ không gian là phương tiện tham chiếu chính GIS bao gồm các công cụ để thực hiện các công việc sau đây:

• Nhập dữ liệu từ bản đồ giấy, ảnh vệ tinh, ảnh máy bay, số liệu điều tra và các nguồn khác

• Lưu trữ dữ liệu, khai thác, truy vấn CSDL

• Biến đổi dữ liệu, phân tích, mô hình hóa, bao gồm các dữ liệu thống kê và dữ liệu không gian

• Lập báo cáo, bao gồm các bản đồ chuyên đề, các bảng biểu, biểu đồ và kế hoạch

Từ định nghĩa trên ta thấy rõ ba vấn đề sau của GIS Thứ nhất, GIS có quan hệ với ứng dụng CSDL, toàn bộ thông tin trong GIS đều liên kết với tham chiếu không gian, CSDL GIS sử dụng tham chiếu không gian như phương tiện chính để lưu trữ và xâm nhập thông tin Thứ hai, GIS là công nghệ tích hợp, hệ GIS đầy đủ có các khả năng phân tích bao gồm phân tích ảnh máy bay, ảnh vệ tinh hay tạo lập mô hình thống kê, vẽ bản đồ Cuối cùng, GIS được không chỉ xem như tiến trình phần cứng, phần mềm rời rạc

mà còn được sử dụng vào trợ giúp quyết định [8]

• Định nghĩa của David Cowen, Mỹ

GIS là hệ thống phần cứng, phần mềm và các thủ tục được thiết kế để thu thập, quản lý, xử lý, phân tích, mô hình hóa và hiển thị các dữ liệu qui chiếu không gian để giải quyết các vấn đề quản lý và lập kế hoạch phức tạp

Độ phức tạp của thế giới thực là không giới hạn, song con người luôn mong lưu trữ, quản lý các dữ liệu về thế giới thực thế nên phải có CSDL lớn vô hạn để lưu trữ thông tin chính xác về chúng Do vậy, để lưu trữ được dữ liệu không gian của thế giới thực và máy tính thì phải giảm số lượng dữ liệu đến mức có thể quản lý được bằng tiến trình đơn giản hóa hay trừu tượng hóa Trừu tượng là đơn giản một cách thông minh, trừu tượng cho ta tổng quát hóa và ý tưởng hóa vấn đề đang xem xét, loại bỏ các chi tiết

dư thừa mà chỉ tập trung vào các điểm chính, cơ bản Các đặc trưng đại lý phải được biểu diễn bởi các thanh phần rời rạc hay các đối tượng để lưu vào CSDL máy tính [8]

Hình 1.1 Hệ thống tin địa lý

Ý nghĩa chủ yếu của tin học hóa thông tin địa lý là khả năng tích hợp các kiểu và nguồn dữ liệu khác biệt Mục tiêu của GIS là cung cấp cấu trúc một cách hệ thống để quản lý các thông tin địa lý khác nhau và phức tạp, đồng thời cung cấp các công cụ, các thao tác hiển thị, truy vấn, mô phỏng Cái GIS cung cấp là cách thức suy nghĩ mới về không gian Phân tích không gian không chỉ là truy cập mà còn cho phép khai thác các quan hệ và tiến trình biến đổi của chúng GIS lưu trữ thông tin thế giới thực thành các tầng bản đồ chuyên đề mà chúng có khả năng liên kết địa lý với nhau

• Con người (People): là thành phần quan trọng nhất, là nhân tố thực hiện các thao tác điều hành sự hoạt động của hệ thống GIS

- Người dụng GIS là những người sử dụng các phần mềm GIS để giải quyết các bài toán không gian theo mục đích của họ Họ thường là những người được đào tạo tốt

về lĩnh vực GIS hay là các chuyên gia

- Người xây dựng bản đồ: Sử dụng các lớp bản đồ được lấy từ nhiều nguồn khác nhau, chỉnh sửa dữ liệu để tạo ra các bản đồ theo yêu cầu

- Người xuất bản: Sử dụng phần mềm GIS để kết xuất ra bản đồ dưới nhiều định dạng xuất khác nhau

- Người phân tích: Giải quyết các vấn đề như tìm kiếm, xác định vị trí

- Người xây dựng dữ liệu là những người chuyên nhập dữ liệu bản đồ bằng các cách khác nhau như: vẽ bản đồ, chuyển đổi từ định dạng này sang định dạng khác, truy nhập CSDL

- Người quản trị CSDL là quản lý cơ sở dữ liệu GIS và đảm bảo hệ thống vận hành tốt

- Người thiết kế CSDL là xây dựng các mô hình dữ liệu logic và vật lý

- Người phát triển là xây dựng hoặc cải tạo các phần mềm GIS để đáp ứng các nhu cầu cụ thể

• Dữ liệu (Data):

Một cách tổng quát, người ta chia dữ liệu trong GIS thành 2 loại:

- Dữ liệu không gian (Spatial Data): Cho ta biết kích thước vật lý và vị trí địa lý của các đối tượng trên bề mặt trái đất

- Dữ liệu thuộc tính (Atribute Data): Là các dữ liệu ở dạng văn bản cho ta biết thêm thông tin thuộc tính của đối tượng

• Phần cứng (Hardware): Là các máy tính điện tử: PC, Mini Computer, MainFrame là các thiết bị mạng cần thiết khi triển khai GIS trên môi trường mạng GIS cũng đòi hỏi các thiết bị ngoại vi đặc biệt cho việc nhập và xuất dữ liệu như: máy

số hóa (Digitizer), máy vẽ (Plotter), máy quét (Scanner) và thiết bị định vị toàn cầu (GPS) [4]

• Phần mềm (Software): Hệ thống phần mềm GIS rất đa dạng Mỗi công ty xây dựng GIS đều có hệ phần mềm riêng của mình Tuy nhiên, có một dạng phần mềm mà

các công ty phải xây dựng là hệ quản trị CSDL địa lý Dạng phần mềm này nhằm mục đích nâng cao khả năng cho các phần mềm CSDL thương mại trong việc: sao lưu dữ liệu, định nghĩa bảng, quản lý các giao dịch [4]

Phương pháp (Approaches): Đây là hợp phần rất quan trọng để đảm bảo khả năng

hoạt động của hệ thống, là yếu tố quyết định sự thành công của việc phát triển công nghệ GIS [4]

Cơ sỡ dữ liệu GIS:

CSDL GIS là một nhóm xác định các dữ liệu trong một cấu trúc của một phần mềm quản lý CSDL, đó là tập hợp của các dữ liệu không gian và phi không gian

Dữ liệu không gian: là những mô tả số của hình ảnh bản đồ, chúng bao gồm tạo

độ, quy luật và các ký hiệu dùng để xác định một hình ảnh cụ thể trên bản đồ

Dữ liệu phi không gian (dữ liệu thuộc tính): diễn tả đặc tính, số lượng, mối quan

hệ của các hình ảnh bản đồ với vị trí địa lý của chúng

Dữ liệu không gian Dữ liệu phi không gian

Dạng thông tin Điểm, đường, vùng, ghi chú Thuộc tính, tham khảo địa lý, chỉ

số địa lý, các quan hệ không gian

Lưu trữ dạng Tọa độ, ký hiệu, chấm điểm, quy luật hiển thị Chữ số, ký tự

Ví dụ tại tỉnh Savannakhet Chúng ta có thể tách bản đồ ra thành các tầng như trong hình vẽ dưới đây:

Hình 1.3 Tầng bản đồ

1.1.3 Ứng dụng công nghệ thông tin địa lý (GIS)

a Các lĩnh vực khoa học công nghệ liên quan tới GIS

GIS được xây dựng dựa trên các tri thức của nhiều ngành khoa học khác nhau để tạo ra một ngành khoa học mới Trong đó:

• Ngành địa lý: là ngành liên quan mật thiết tới vấn đề hiểu thế giới và vị trí của con người trong thế giới, cung cấp các kỹ thuật phân tích không gian

• Ngành bản đồ: bản đồ chính là dữ liệu đầu vào của GIS đồng thời cũng là khuôn mẫu quan trọng nhất của đầu ra GIS

• Công nghệ viễn thám, ảnh máy bay: ảnh viễn thám và ảnh máy bay là nguồn dữ liệu quan trọng của GIS Viễn thám bao gồm cả kĩ thuật thu thập và xử lý dữ liệu mọi

vị trí trên địa cầu với giá rẻ, ảnh máy bay và kỹ thuật đo chính xác của chúng là nguồn

dữ liệu chính xác về độ cao bề mặt trái đất sử dụng làm đầu vào của GIS

• Bản đồ địa hình: cung cấp dữ liệu có chất lượng cao về vị trí của ranh giới đất đai, nhà cửa

• Ngành đo đạc, thống kê: cung cấp các vị trí cần quản lý và các phương pháp phân tích dữ liệu GIS Ngành thống kê đặc biệt quan trọng trong việc hiểu các lỗi hoặc tính không chắc chắn trong dữ liệu GIS

• Khoa học tính toán: tự động thiết kế bằng máy tính cung cấp các kỹ thuật nhập, hiển thị, biểu diễn dữ liệu Máy tính hoạt động như một chuyên gia trong việc thiết kế bản đồ, phát sinh các đặc trưng bản đồ

• Toán học: các ngành như hình học, đồ thị được sử dụng trong thiết kế và phân tích dữ liệu không gian

b Các lĩnh vực ứng dụng công nghệ GIS [3]

Công nghệ GIS ngày càng được sử dụng rộng rãi GIS được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau Tuy nhiên việc liệt kê đầy đủ các lĩnh vực có ứng dụng GIS còn khó khăn đối với những người khi tiếp cận về GIS Ứng Dụng mới này sẽ liệt kê các lĩnh vực ứng dụng GIS một cách tương đối đầy đủ nhất (khoảng 15 ứng dụng khác nhau)

1 GIS trong dùng cho bản đồ

Bản đồ được xem như chức năng trung tâm của hệ thống GIS Bản đồ là nơi thể hiện trực quan của dữ liệu Dữ liệu GIS được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu và được hiển thị trực quan theo dạng bản đồ Nhiều loại người khác nhau có thể sử dụng bản đồ, không nhất thiết cần có kỹ năng về bản đồ hay địa lý Các ứng dụng phổ biển hàng ngày

ta bắt gặp đó là Google Maps, Bing Maps hay Yahoo Maps…

2 GIS trong lĩnh vực viễn thông và mạng

GIS là công cụ hữu hiệu cho việc quản lý, lập kế hoạch và hỗ trợ quyết định trong lĩnh vực viễn thông Ngoài mạng viễn thông có dây, ngày nay người ta còn dựa vào dữ liệu GIS để thiết kế mạng lưới viễn thông không dây, lập quy hoạch, tối ưu hóa, bảo trì

và vận hành hệ thống mạng

3 GIS dùng cho phân tích tai nạn và các điểm nóng

GIS được xem như một công cụ hỗ trợ giảm thiểu tai nạn trên đường giao thông, tối

ưu hóa mạng đường giao thông hiện hữu, định vị các vị trí xảy ra tai nạn cũng như thiết

kế lại những tuyến đường là những tiện lợi của GIS

4 Quy hoạch đô thị

Công nghệ GIS dùng cho việc phân tích sự phát triển về chiểu rộng cũng như hướng của đô thị Tìm ra những vùng phù hợp cho phát triển đô thị Tìm ra vùng phù hợp cần dưa trên nhiều yếu tố, chẳng hạn nguồn cấp nước là một trong những yếu tố cần đưa vào đánh giá

5 Quy hoạch giao thông

GIS có thể được áp dụng trong quản lý giao thông và luân chuyển hàng hóa (logistic) GIS còn hỗ trợ trong việc phân tích tìm ra con đường phù hợp nhất cần xây mới dựa trên các tiêu chí đầu vào

6 Phân tích tác động môi trường

Những hoạt động của con người tác động tới môi trường, các hoạt động có thể là xây dựng, xả thải GIS hỗ trợ bằng việc kết hợp nhiều lớp dữ liệu từ đó đánh giá các yếu

tố tác động vào môi trường

7 GIS trong nông nghiệp

GIS có thể hỗ trợ phân tích dữ liệu đất đai từ đó lựa chọn cây trồng hợp lý, phân tích đưa ra thông tin hữu ích từ đó hỗ trợ duy trì chế độ dinh dưỡng trong đất cho cây trồng

8 Quản lý thiên tai và giảm nhẹ thiên tai

GIS có thể giúp quản lý rủi ro và phân tích bằng cách hiển thị các khu vực có thể sẽ

dễ bị thiên tai hoặc sự cố do con người gây ra Khi thiên tai được xác định, các biện pháp phòng ngừa có thể được phát triển

9 Khoanh vùng sạt lỡ đất

GIS có thể hỗ trợ khoanh vùng sạt lỡ theo các cấp độ khác nhau Việc đưa ra các cấp độ sạt lỡ là môt quá trình phức tạp, cần được phân tích từ nhiều yếu tố dữ liệu đầu vào GIS là công cụ hữu ích cho việc phân tích dựa trên các lớp dữ liệu từ đó đưa ra những vùng có nguy cơ sạt lỡ

10 Sử dụng đất và độ che phủ của đất

Độ che phủ đất nghĩa là tính năng mà nó bao phủ bề mặt cằn cỗi Sử dụng đất có nghĩa là các khu vực trên bề mặt sử dụng cho mục đích cụ thể Vai trò của công nghệ GIS trong sử dụng đất và các ứng dụng che phủ đất là chúng ta có thể xác định sử dụng đất / thay đổi độ che phủ đất trong các lĩnh vực khác nhau Ngoài ra nó có thể phát hiện

và ước tính thay đổi trong mô hình sử dụng đất / che phủ đất theo thời gian

11 Dẫn đường (định tuyến và lịch trình)

Lưu ý GIS không chỉ hỗ trợ cho các bài toán tìm đường đơn thuần (tìm vị trí, tìm đường đi qua một hoặc nhiều điểm) GIS còn hỗ trợ chuyển hướng an toàn đường thuỷ, đường sông Giảm thiểu các mối nguy hiểm do va chạm ven biển là một ví dụ rõ nét

12 Phân tích thiệt hại do lũ lụt

Khi lũ lụt xảy ra các cấp chính quyền có thể dùng bản đồ ngập để biết được các khu vực bị ngập lụt cũng như các mức ngập khác nhau ở các khu vực Các thiệt hại có thể được ước tính tốt và có thể được hiển thị bằng bản đồ số

13 Quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên

Các nguồn tài nguyên thiên nhiên có thể được quản lý tốt trên nền GIS Quản lý rừng hay quản lý nguồn nước là các ví dụ về ứng dụng GIS trong quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên

14 GIS trong lĩnh vực ngân hàng

GIS đóng một vai trò quan trọng cung cấp lập kế hoạch, tổ chức và ra quyết định do vậy ứng dụng gis vào lĩnh vực ngân hàng hỗ trợ tốt hơn tiếp cận thị trường, quản lý khách hàng là một trong nhưng yếu tố có thể áp dụng dựa trên nền tảng GIS

15 Bản đồ thành phần đất

Bản đồ thành phần đất cung cấp thông tin tài nguyên về một khu vực quản lý Nó giúp trong việc tìm hiểu sự thích hợp đất cho các hoạt động sử dụng đất khác nhau GIS Giúp để nhận biết các loại đất trong khu vực từ đó phân định ranh giới đất Bản đồ thành phần đất được sử dụng rộng rãi bởi những người nông dân ở các nước đang phát triển

để giữ lại các chất dinh dưỡng của đất và thu được năng suất cây trồng tối đa

c Chức năng của hệ thống thông tin địa lý (gis)

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

• Thu thập dữ liệu

• Xử lý sơ bộ dữ liệu

• Tìm kiếm và phân tích không gian

• Hiển thị đồ họa và tương tác

Sức mạnh của hệ thống GIS khác nhau là kỹ thuật xây dựng các chức năng trên cũng rất khác nhau Hình 1.3 mô tả quan hệ giữa các nhóm chức năng và cách biểu diễn thông tin khác nhau của GIS

Hình 1.4 Các nhóm chức năng của GIS

và đo vẽ bản đồ địa hình

Đa số nguồn gốc thông tin không gian là các bản đồ in hay bản đồ dưới khuôn mẫu tương tự Để các dữ liệu này được sử dụng trong GIS thì chúng cần được số hoá Ở mức thủ công thì chỉ có thể số hoá các đặc trưng bản đồ và nhập thuộc tính mô tả các đặc trưng đó Còn ở mức tự động hoá cao hơn là số hoá bản đồ bằng máy quét ảnh để phát sinh ảnh số bản đồ đầy đủ Đầu ra của máy quét là ma trận của các giá trị điểm ảnh 2D,

có thể được sử dụng cho công việc vector hoá để tạo ra bản đồ mã hoá dữ liệu, kiểm chứng và sửa lỗi để có được dữ liệu phù hợp

Nói chung, công việc thu thập dữ liệu hay “làm dữ liệu bản đồ” là nhiệm vụ khó khăn và là quan trọng nhất khi xây dựng các ứng dụng GIS

Quá trình thu thập dữ liệu luôn gắn liền với quá trình xử lý dữ liệu Chúng ta có ba

mô hình quan niệm của thông tin không gian là: mô hình hướng đối tượng, mạng và bề mặt Quá trình phân tích trên cơ sở các cách nhìn khác nhau đòi hỏi dữ liệu phải được biểu diễn và tổ chức cho phù hợp Vì vậy cần cung cấp phương tiện cho người sử dụng GIS thay đổi cấu trúc dữ liệu để thích nghi với các yêu cầu khác nhau Điều này đòi hỏi cần phải có các chức năng thay đổi cách biểu diễn, thay đổi 30 phân lớp, làm đơn giản hoá hay tổng quát hoá dữ liệu, biến đổi giữa hệ thống trục toạ độ khác nhau và biến đổi các phép chiếu bản đồ Các thao tác này được xem là tiền phân tích không gian Mức độ

xử lý dữ liệu thô khác nhau phụ thuộc vào mục đích của ứng dụng GIS

Một số công cụ phân tích của GIS phụ thuộc chặt chẽ vào các mô hình dữ liệu raster, do đó nó đòi hỏi quá trình biến đổi mô hình dữ liệu vector sang dữ liệu raster, quá trình này được gọi là raster hoá Một số công cụ phân tích khác lại làm việc chủ yếu với mô hình vector, nên đòi hỏi quá trình biến đổi ngược từ raster sang vector, hay còn gọi là vector hoá Raster hoá là quá trình phân tích đường (line) hay miền (polygon) thành các điểm ảnh (pixel) Ngược lại, vector hoá là quá trình tập hợp các điểm ảnh để tạo thành đường hay miền Dữ liệu ban đầu của ta thông thường là dưới dạng raster nên nếu dữ liệu không có cấu trúc tốt thì việc nhận dạng mẫu sẽ rất phức tạp

Khi so sánh dữ liệu từ các nguồn khác nhau, vấn đề thường nảy sinh là sử dụng hai hay nhiều phân lớp để mã hoá cho cùng hiện tượng Để nhận ra các khía cạnh khác nhau của hiện tượng với mức độ chi tiết khác nhau, cần phải có tiến trình xấp xỉ hoá để biển đổi về cùng một phân lớp

Trong việc tích hợp dữ liệu bản đồ, vấn đề nảy sinh là hệ thống toạ độ của chúng được đo, vẽ trên cơ sở nhiều phép chiếu bản đồ khác nhau Các dữ liệu này không thể tích hợp trên cùng bản đồ nếu không biển đổi chúng về cùng một hệ trục toạ độ [1]

• Xử lý dữ liệu thô

Hai khía cạnh chính của xử lý dữ liệu thô bao gồm:

+ Phát sinh dữ liệu có cấu trúc tôpô

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

Mô hình quan niệm của thông tin không gian bao gồm mô hình hướng đối tượng, mạng và bề mặt Quá trình phân tích trên cơ sở khác nhau đòi hỏi dữ liệu phải được biểu

diễn và tổ chức cho phù hợp Điều này đòi hỏi không chỉ chức năng tọa lập mô hình dữ liệu vectơ có cấu trúc tôpô và mô hình dữ liệu raster, mà còn có khả năng thay đổi cách biểu diễn, thay đổi phân lớp và sơ đồ mẫu, làm đơn giản háo hay tổng quát hóa dữ liệu, biến đổi giữa hệ thống trục tọa độ khác nhau và biến đổi các phép chiếu bản đồ

Một số công cụ phân tích của GIS phụ thuộc chặt chẽ vào mô hình dữ liệu raster,

do vậy nó đòi hỏi quá trình biến đồi mô hình dữ liệu vectơ sang raster, hay raster hóa Biến đổi từ raster sang mô hình vectơ, hay vectơ hóa, đặc biệt cần thiết khi tự động quét ảnh Raster hóa là tiến trình chia đường hay cùng thành các tế bào Ngược lại, vectơ hóa

là tập hợp các tế bào (pixel) lại thành đường hay vùng

Khi so sánh dữ liệu từ các nguồn khác nhau, vấn đề chung nảy sinh là sử dụng hai hay nhiều phân lớp hay sơ đồ mã hóa cho cùng hiện tượng Để nhận ra các khía cạnh khác nhau của hiện tượng với dữ liệu có mức độ chi tiết khác nhau, cần phải có tiến trình xấp xỉ hóa hay đơn giản hóa để biến đổi về cùng một sơ đồ Một vấn đề nữa nảy sinh khi tích hợp dữ liệu bản đồ là hệ thống tọa độ của chúng được đo vẽ trên cơ sở nhiều phép chiếu bản đồ khác nhau Các dữ liệu không thể tích hợp trên cùng bản đồ nếu không biến đổi chúng về cùng hệ trục tọa độ nên phải đưa chúng cùng về một hệ tạo độ địa lý [1]

• Lưu trữ và truy cập dữ liệu

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

dữ liệu hình học

Trong mô hình dữ liệu raster thì các tệp thuộc tính thông thường chứa dữ liệu liên quan tới hiện tượng tự nhiên thay cho đối tượng rời rạc Việc lựa chọn mô hình raster hay vectơ để tổ chức dữ liệu không gian được thực hiện khi thu thập dữ liệu vì mỗi mô hình tương ứng với cách tiếp cận, mô tả thông tin khác nhau Tuy nhiên rất nhiều CSDL

của GIS cho khả năng quản trị cả hai mô hình không gian nói trên, khi xây đựng CSDL không gian thì cần thiết phải liên kết bảng dữ liệu liên quan đến hiện tượng tự nhiên tương ứng

Công nghệ CSDL truyền thống không thích hợp để quản lý dữ liệu địa lý Một số

hệ thống GIS xây dựng CSDL dựa trên tổ hợp các mô hình:

• Mô hình quan hệ quản lý thuộc tính phi hình học

• Lược đồ chuyên dụng, phi quan hệ để lưu trữ, xử lý dữ liệu không gian

Một số khác lợi dụng các phượng tiện của lược đồ lưu trữ CSDL quan hệ để quản

lý cả hai lại dữ liệu: hình học và phi hình học song tương đối khó khăn, phức tạp Phương tiện truy nhập trong CSDL GIS cần bao gồm cả phương tiện có sẵn của CSDL quan hệ chuẩn để truy vấn tới một thuộc tính của đối tượng nào đó, thông tin của đối tượng trong khoảng nào đó Đặc biệt trong CSDL GIS là khả năng xác định dữ liệu theo vị trí và theo các quan niệm không gian, đây là nền tảng quá trình xâm nhập CSDl của hệ GIS [1]

• Tìm kiếm và phân tích không gian

Đây là chức năng đóng vai trò rất quan trọng trong GIS Nó tạo nên sức mạnh thực

sự của GIS so với các phương pháp khác Tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian giúp tìm ra những đối tượng đồ hoạ theo các điều kiện đặt ra hay hỗ trợ việc ra quyết định của người dùng GIS Có rất nhiều các phương pháp tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian, các phương pháp khác nhau thường tạo ra các ứng dụng GIS khác nhau Sau đây là một số phương pháp được dùng phổ biến nhất [1]:

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

Buffer được sử dụng trong việc xác định các đối tượng xung quanh một hay nhiều các điểm mốc Quá trình thực hiện bao gồm việc tạo ra một vùng đệm quanh các điểm mốc đó và sau đó xác định các đối tượng căn cứ vào vị trí của chúng so với vùng đệm này Một bài toán rất điển hình cho phương pháp Buffer này là bài toán về “Nhà máy hoá chất và các bệnh viện” Mục đích của bài toán là xác định các vị trí thuận tiện nhất trên bản đồ cho việc di dời các bệnh viện trong trường hợp nhà máy hoá chất gặp sự cố Các nhà máy hoá chất và bệnh viện được biểu diễn trên bản đồ bằng các đối tượng điểm Mỗi nhà máy bao gồm các thông tin chi tiết về loại hoá chất sản xuất và mức độ phát tán chất độc ra môi trường trong các điều kiện thời tiết khác nhau Khi có sự cố, vùng

nguy hiểm cần di dời sẽ được thể hiện trên bản đồ Từ đó, chúng ta có thể biết được nên chuyển bệnh viện đến vùng nào là an toàn và thuận tiện nhất [1]

Hình 1.5 Buffer bên trong một hình có bán kính xác định

+ Tìm kiếm theo địa chỉ (Geocoding)

Một đối tượng trên bản đồ bao giờ cũng được biểu diễn bằng một kiểu dữ liệu đồ hoạ Phần đồ hoạ này có thể thu được bằng cách số hoá hay quét ảnh bản đồ Tuy nhiên, khi ta đã có bản đồ (bản đồ số), chúng ta cũng có thể xác định được phần đồ hoạ biểu diễn đối tượng hay là vị trí, hình dạng của đối tượng thông qua các dữ liệu mô tả vị trí của nó

ví dụ: số nhà, tên đường, tên quận…

Geocoding (hay address matching) là một tiến trình nhằm xác định các đối tượng trên cơ sở mô tả vị trí của chúng Đây là một kỹ thuật rất nổi tiếng, có mặt trong rất nhiều ứng dung của GIS Người ta gọi một geocoding service là quá trình chuyển đổi toàn bộ mô tả thuộc tính về vị trí sang mô tả không gian Để tìm được vị trí thông qua địa chỉ, geocoding service phải tham chiếu đến ít nhất một nguồn dữ liệu bao gồm cả thông tin về địa chỉ (thuộc tính) và thông tin không gian (vị trí, hình dạng) Dữ liệu này được gọi là dữ liệu tham chiếu Các geocoding service có thể thao tác trên nhiều kiểu

dữ liệu tham chiếu khác nhau

Sau khi đã geocoding dữ liệu tham chiếu (tức là ánh xạ mô tả thuộc tính vào mô tả không gian) ta có thể nhập địa chỉ của đối tượng cần tìm Quy trình xử lý trải qua các bước sau:

• Chuẩn hoá giá trị địa chỉ vừa nhập vào bằng cách tách nó thành các thành phần địa chỉ nhỏ

• Geocoding service sau đó sẽ tìm trong nguồn dữ liệu tham chiếu để xác định các đối tượng có các thành phần địa chỉ tương ứng với dữ liệu nhập vào

• Tập kết quả trả về sẽ được gán các trọng số (điểm) để tìm ra kết quả gần đúng nhất

• Geocoding service sẽ đánh dấu đối tượng vừa được tìm thấy trên bản đồ bằng một đối tượng đồ hoạ [1]

Hình 1.6 Kết quả tìm kiếm theo địa chỉ

• Phân tích mạng (Networks)

Networks là kỹ thuật được ứng dụng rất rộng rãi trong giao thông, phân phối hàng hoá và dịch vụ, vận chuyển nước hay xăng dầu trong các đường ống dài, trao đổi thông tin qua mạng viễn thông Trong GIS, networks được mô hình dưới dạng các đồ thị một chiều hay mạng hình học Mạng hình học này bao gồm các đối tượng đang được hiển thị trên bản đồ, mỗi đối tượng đóng vai trò là cạnh hoặc nút trong mạng

Trong GIS để thiết lập nên mối quan hệ giữa nút - cạnh và cạnh - cạnh ta cần tạo các topology cho cơ sở dữ liệu Topology được hiểu là mối quan giữa các đối tượng trong bảng dữ liệu Quan hệ tôpô giữa các đối tượng gần giống quan hệ relationship giữa các bảng

Chúng có hai kiểu luật liên kết là nút - cạnh và cạnh - cạnh Nút - cạnh là luật liên kết được thiết lập giữa một nút của đối tượng A với một cạnh của đối tượng B Cạnh - cạnh là luật liên kết giữa một cạnh của đối tượng A và một cạnh của đối tượng B qua

Đây là kỹ thuật khó nhất và cũng là mạnh nhất của GIS Overlay cho phép ta tích

hợp dữ liệu bản đồ từ hai nguồn dữ liệu khác nhau Người ta định nghĩa: "Overlay là quá trình chồng khít hai lớp dữ liệu bản đồ với nhau để tạo ra một lớp bản đồ mới" Đây

là kỹ thuật khó nhất và cũng là mạnh nhất của GIS Overlay cho phép ta tích hợp dữ liệu bản đồ từ hai nguồn dữ liệu khác nhau Điều này tương tự như việc nhân hai ma trận để tạo ra một ma trận mới, truy vấn hai bảng cơ sở dữ liệu để tạo ra bảng mới, với overlay

là gộp hai lớp trên bản đồ để tạo ra bản đồ mới [1]

Người ta chia overlay thành ba dạng phân tích khác nhau:

• Point-in-polygon: chồng khít hai lớp point và polygon, đầu ra là lớp point

• Line-in-polygon: chồng khít hai lớp line và polygon, đầu ra là lớp line

• Polygon-in-polygon: chồng khít hai lớp polygon và polygon, đầu ra là lớp polygon

Hai lớp đưa vào overlay phải có sự thống nhất với nhau Thống nhất về hệ quy chiếu, thống nhất về tỷ lệ, có được điều kiện này ta mới tiến hành overlay được Quá

trình overlay thường được tiến hành qua 2 bước: Xác định tọa độ các giao điểm và tiến hành chồng khít hai lớp bản đồ tại giao điểm này và kết hợp dữ liệu không gian, thuộc tính của hai lớp bản đồ Các phép toán overlay bao gồm: phép hợp (Union), phép giao (Intersect) và phép đồng nhất (Identity)

• Phân tích biên (Boundary)

Phân tích đường biên của các đối tượng như giao điểm, đôi khi việc xác định giao điểm giúp cho việc sửa lỗi song xác định giao điểm giữa các biên là khá khó khăn

• Tìm kiếm trong khoảng cận kề (Proximity): có 3 phương pháp

Phương pháp thứ nhất được xem như mở rộng của tìm kiếm dữ liệu trong vùng, trong đó vùng tìm kiếm được xác định bởi xấp xỉ tới hiện tượng có sẵn Việc tìm kiếm này được thực hiện trong vùng tạo bởi mở rộng đối tượng cho trước theo một khoảng cách cho trước Trong GIS vùng này được gọi là vùng đệm, nó được xây dựng xung quanh đối tượng điểm, đối tượng đường hay đối tượng vùng

Phương pháp thứ hai của tìm kiếm cận kề là tìm ra các vùng nối trực tiếp với đối tượng xác định trước, chẳng hạn như tìm các mảnh đất liền kề với mảnh đất sẽ xây dựng nhà máy

Phương pháp thứ ba của tìm kiếm cận kề xảy ra khi cần phải tìm kiếm những vùng gần nhất tới tập các vị trí mẫu phân tán không đều Các mẫu thường là các điểm Tìm kiếm này thực hiện bằng cách tạo lập đa giác Thiessen, nó xác định các vùng xung quanh mỗi điểm mà gần điểm này hơn mọi điểm khác Sơ đồ đa giác Thiessen còn được gọi là

sơ đồ Voronoi, chúng được sử dụng để lập ra bản đồ sử dụng từ các mẫu đất cách biệt

e Hiển thị đồ họa và tương tác

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

có khả năng trang trí bản đồ bằng xâu kí tự, chú giải với các thuộc tính khác nhau như loại, cỡ phông, hướng vẽ Nhiều hệ GIS còn có khả năng biến đổi và vẽ theo các phép chiếu bản đồ khác nhau Gần đây, biểu đồ diện tích được quan tâm nhiều đến để hiển thị

dữ liệu Trong đó, kích thước đặc trưng bản đồ được biến đổi tương ứng với các biến thuộc tính như mật độ dân số hay thu nhập Kỹ thuật hiển thị khác giúp hiểu dễ dàng

một số loại dữ liệu bằng thay đổi độ đâm nhạt hay sắc tố màu thay vì mô tả chính xác các đường biên Biểu diễn thay đổi thời gian trên bản đồ cũng là nhu cầu thực tế, đôi khi chúng được đánh dấu trên cùng một bản đồ trong các thời điểm khác nhau và liên kết chúng bằng mũi tên Các hệ GIS mới thường cố gắng xây dựng cơ chế phát sinh bản đồ hoạt ảnh, trong đó bản đồ tự thực hiện thay đổi sau khoảng thời gian ngắn Một khả năng khác của GIS là khả năng hiển thị bản đồ 3D từ các điểm quan sát khác nhau, hiển thị 3D cho khả năng hiểu biết về bản chất của hiện tượng khi nghiên cứu thay đổi bề mặt địa hình

1.2 Ứng dụng giải pháp GEOSERVER trong hệ thống thống tin quản lý mạng lưới viễn thông viên thông tại tỉnh Savannakhet

1.2.1 Tổng quan GEOSEOVER

GeoServer là một máy chủ mã nguồn mở với mục đích kết nối những thông tin địa

lý có sẵn tới các Geoweb (Trang Web địa lý) sử dụng chuẩn mở Được bắt đầu bởi một

tổ chức phi lợi nhuận có tên The Open Planning Project (TOPP), nhằm mục đích hỗ trợ việc xử lý thông tin không gian địa lý với chất lượng cao, đơn giản trong sử dụng, là phần mềm mã nguồn mở nhằm cung cấp và chia sẻ dữ liệu Được kỳ vọng sẽ trở thành một phương thức đơn giản để kết nối những nguồn thông tin có sẵn từ Google Earth, NASA World Wind nhằm tạo ra các dịch vụ Webmap như Google Maps, Windows Live Local và Yahoo Maps

Là một dự án mang tính cộng đồng, GeoServer được phát triển, kiểm thử và hỗ trợ bởi nhiều nhóm đối tượng và tổ chức khác nhau trên toàn thế giới GeoServer là sự phối hợp các chuẩn hoạt động của Open Geospatial Consortium (OGC), dịch vụ bản đồ Web Map Service (WMS), Web Feature Service (WFS) GeoServer là thành phần nền tảng của Geospatial Web

GeoServer có khả năng kết nối với các nguồn CSDL thông qua hầu hết các hệ quản trị cơ sở dữ liệu phổ biến như: PostgreSQL/PostGIS, Microsoft SQL Server 2008, MySQL,… hoặc các tập tin dữ liệu không gian như Shapfile, GeoTiff,…

GeoServer sử dụng tập tin có đuôi mở rộng là SLD (Styled Layer Desrciptor) để tạo kiểu thể hiện bản đồ (style) theo chuẩn WMS, tập tin SLD được cấu trúc theo định dạng XML (Extensible Markup Language)

GeoServer có thể hiển thị dữ liệu trên các ứng dụng bản đồ phổ biến như Google

Maps, Google Earth, Yahoo Maps, and Microsoft Virtual Earth

Hình 1.8 Mô hình GeoServer

a Lịch sử phát triển

Dự án GeoServer được bắt đầu vào năm 2001 bởi The Open Planning Project (TOPP) Vào thời điểm đó, mọi Website bản đồ chỉ tập trung vào chức năng khởi tạo bản đồ, và không thể chia sẻ những dữ liệu đã được thực hiện trên bản đồ TOPP nhận

ra rằng những dữ liệu này tương đương với 'mã nguồn' của bản đồ, và nó vô cùng quan trọng trong việc tạo ra cấu trúc dữ liệu không gian mở, để người dùng có thể phân tích

và mô hình hóa, việc không thể đối với dữ liệu ảnh

Ngay sau khi những đặc tính kỹ thuật của Web Feature Server (WFS) được đưa ra trong bản phác thảo của Open Geospatial Consortium (OGC), kế thừa giao thức chuẩn được phát triển bởi TOPP trong việc tạo ra những kiến trúc không gian thông tin mở, GeoServer trở thành phần mềm mã nguồn mở sớm nhất cung cấp các đặc điểm kỹ thuật trong việc tạo và chỉnh sửa dữ liệu không gian

Những đóng góp khác bao gồm Giao diện quản trị Web và hỗ trợ nhiều định dạng

dữ liệu xuất ra Như một GeoWeb mở rộng, GeoServer luôn không ngừng phát triển, từng bước hỗ trợ: Google Earth, NASA World Wind, Google Maps, Windows Live Local và Yahoo Maps trong các dịch vụ desktop truyền thống và trong nền tảng GIS

b Chuẩn mở và khả năng chia sẻ dữ liệu không gian

GeoServer cho phép người dùng hiển thị thông tin không gian của mình về thế giới Cung cấp chuẩn dịch vụ bản đồ (Web Map Service - WMS), GeoServer có thể tạo bản đồ và xuất ra nhiều định dạng, hỗ trợ rất nhiều Style bản đồ Tương thích với chuẩn

Web Feature Service (WFS), GeoServer cho phép chia sẻ và chỉnh sửa dữ liệu đang được dùng để hiển thị bản đồ

c Các đặc trưng của GeoServer

GeoServer cho phép xuất dữ liệu linh hoạt dựa vào việc hỗ trợ các chuẩn KML, GML, Shapefile, GeoRSS, Portable Document Format, GeoJSON, JPEG, GIF, SVG, PNG

Hình 1.9 Các loại định dạng dữ liệu GeoServer có thể truy xuất

GeoServer có thể truy xuất được nhiều định dạng dữ liệu, bao gồm PostGIS, Oracle Spatial, ArcSDE, DB2, MySQL, Shapefiles, GeoTIFF, GTOPO30 và nhiều loại khác Bên cạnh đó, GeoServer còn có thể chỉnh sửa dữ liệu nhờ những thành phần xử lý của chuẩn Web Feature Server GeoServer được xây dựng trong bộ GeoTools, được viết bởi ngôn ngữ Java

1.2.2 Qui trình hiển thị bản đồ trong Geoserver lên giao diện WebGis

- Các thành phần dữ liệu trong quy trình hiển thị bản đồ lên GeoServer

Hình 1.10 Quy trình hiển thị bản đồ trong GeoServer [14]

Dữ liệu mà GeoServer có thể hỗ trợ thường là các hình dạng: Điểm (Points), đường (Lines) và đa giác (Polygons) Đường là dạng đơn giản nhất, chúng chỉ có một đường

để định dạng kiểu (Thuộc tính được biết như “Stroke”) Đa giác, có một đường và một vùng bên trong (Như thuộc tính “Fill”), cả hai có thể được định dạng khác nhau Điểm,

có cả đường viền và vùng bên trong Để lấp đầy vùng thì màu sắc có thể được quy định; cho nét, màu và độ dày cũng có thể được chỉ định

Dưới đây là một ví dụ đơn giản minh họa cho việc định dạng kiểu dáng cho một

lớp dữ liệu có kiểu Point:

Trong tài liệu SLD trên cần quan tâm các thẻ sau:

Thẻ “PointSymbolizer” được sử dụng để bắt đầu định kiểu dáng cho dữ liệu dạng điểm

Thẻ “WellKnowName” cho biết việc sử dụng các hình dạng được hỗ trợ sẵn để

định kiểu cho dữ liệu, trong trường hợp này là hình sao (star) sẽ đại diện cho một điểm Ngoài ra, còn có nhiều hình dạng khác như hình vuông (square), hình tròn (circle), hình tam giác (triangle),…

Thẻ “Fill” và “Size” dùng để tô màu và chỉ định kích thước cho

điểm Bộ lọc trongStyles cho phép xác định những đối tượng thỏa mãn một tập các điều kiện được chỉ định trước, điều này làm tăng tính linh động trong việc định dạng kiểu dáng cho dữ liệu không gian Một ví dụ sử dụng bộ lọc trong tài liệu sau dùng để định

dạng màu nền và độ rộng của những đường đi có thuộc tính loại đường (loai_duong) là tỉnh lộ (tinh_lo)

1.2.3 Tổng quan về mạng viễn thông

Mạng viễn thông (Telecommunication Network) là một bộ phận của cơ sở hạ tầng trong một quốc gia, có nhiệm vụ đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin của con người Nó

là tất cả những trang thiết bị kỹ thuật để trao đổi thông tin giữa các đối tượng trong mạng Cùng với sự phát triển của xã hội, nhu cầu trao đổi thông tin liên lạc ngày càng tăng Nhiệm vụ thông tin liên lạc là do mạng lưới bưu chính đảm nhiệm Để đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin thì mạng phải ngày càng phát triển [5]

a Khai niệm về mạng viễn thông

Mạng viễn thông là một khái niệm rộng và có nhiều cách định nghĩa khác nhau nhưng có thể hiểu khái quát Mạng viễn thông là phương tiện truyền đưa thông tin từ đầu phát tới đầu thu Mạng có nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ cho khách hàng [5]

b Các thành phần cơ bản của mạng viễn thông

Hình 1.11 Các thành phần cơ bản của viễn thông

• Thiết bị đầu cuối

Thiết bị đầu cuối là các trang thiết bị của người sử dụng để giao tiếp với mạng cung cấp dịch vụ Hiện nay có nhiều chủng loại thiết bị đầu cuối của nhiều hãng khác nhau tùy thuộc vào từng dịch vụ (ví dụ như máy điện thoại, máy fax, máy tính cá nhân )

Thiết bị đầu cuối thực hiện chức năng chuyển đổi thông tin cần trao đổi thành các tín hiệu điện và ngược lại

vô tuyến (radio) Cáp sợi quang sử dụng cho các đường thuê riêng và mạng số liên kết

đa dịch vụ, yêu cầu lượng truyền dẫn lớn [5]

c Mạng viễn thông tại tỉnh Savannakhet

Tỉnh Savannakhet nằm trên tuyến Hành lang Kinh tế Đông Tây nối liền Myanmar, Thái lan, Lào và Việt Nam bao gồm 1 huyện nội thành và 14 huyện ngoại thành với tổng diện tích 21,774 km2, dân số gần một triệu người

Hiện nay, hệ thống cơ sở hạ tầng viễn thông tỉnh Savannakhet được đầu tư và phát triển rộng khắp, hệ thống cáp quang được kéo đến 86 % trung tâm các xã, phường, mạng lưới trạm thu phát song được phát triển mạnh mẽ, toàn tỉnh đã có trên 889 trạm BTS phủ song trên hầu hết các khu vực trên địa bàn tỉnh, mạng 2G, 3G và 4G cũng đã được phủ song đến trung tâm các xã, phường, huyện và các khu công nghiệp, trên 500 trạm viễn thông, có hơn 431 điểm cung cấp dịch vụ viễn thông, internet đang hoạt động của các nhà mạng Trong đó các nhà mạng Lao Telecom và Unitel Telecom có số lượng lớn hơn

cả Nhìn chung , mạng lưới viễn cơ sở hạ tầng viễn thông trên địa bàn tỉnh Savannakhet

cơ bản đã đáp ứng được nhu cầu sử thông tin của người dân trên địa bàn tỉnh từ thành thị đến nông thôn , miền núi Mạng viễn thông tại tỉnh Savannakhet bao gồm các nhà dịch vụ sau: