Xây dựng hệ thống cảnh báo ngập lụt trực tuyến vùng đồng bằng sông cửu long trên nền webgis

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸLuận văn trình bày việc ứng dụng các mô hình xác suất thống kê và Hệ thống thông tin địa lý GIS để đưa ra các cảnh báo ngập lụt vùng Đồng bằng sông Cửu Long, thử

PHẠM THẾ HÙNG

XÂY DỰNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO

NGẬP LỤT TRỰC TUYẾN VÙNG ĐỒNG BẰNG

SÔNG CỬU LONG TRÊN NỀN WEBGIS

Chuyên ngành: BẢN ĐỒ, VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ

Mã số ngành: 60.44.76

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2010

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học:

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sỹ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh ngày ………… tháng ………… năm …………

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sỹ gồm: 1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Bộ môn quản lý chuyên ngành Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn

Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 11 năm 2010

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SỸ

Họ tên học viên: Phạm Thế Hùng Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 13/5/1985 Nơi sinh: An Giang Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám và hệ thông tin địa lý MSHV: 01008170

I-TÊN ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO NGẬP LỤT TRỰC

TUYẾN VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG TRÊN NỀN WEBGIS

II-NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Chương 1 Mở đầu

Chương 2 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Chương 3 Cơ sở lý thuyết

Chương 4 Thiết kế và thử nghiệm hệ thống

Chương 5 Kết luận và kiến nghị

III-NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 25/01/2010 (theo QĐ số /QĐ-ĐHBK-ĐTSĐH) IV-NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/12/2010

V-HỌ VÀ TÊN CBHD: TS TRẦN TRỌNG ĐỨC

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

QL CHUYÊN NGÀNH

TS NGUYỄN NGỌC LÂU CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS TRẦN TRỌNG ĐỨC

LỜI CẢM ƠN

Có lẽ luận văn này sẽ không thể nào hoàn thành được nếu như thiếu những ý kiến đóng góp, nhận xét, ủng hộ của người thân, bạn bè, đồng nghiệp và đặc biệt là quý thầy cô giảng dạy chuyên ngành Bản đồ, viễn thám và hệ thông tin địa lý ở Bộ môn Địa tin học

Xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy Trần Trọng Đức Thầy đã hướng dẫn nhiệt tình, hỗ trợ nhiều tài liệu, phương pháp nghiên cứu, góp ý, nhận xét cách thức trình bày và nội dung của luận văn, cũng như sự truyền đạt nhiều kiến thức quý báu của thầy trong suốt khoảng thời gian thực hiện đề tài

Xin gửi lời cảm ơn đến các anh, chị và các bạn học viên Cao học cùng chuyên ngành đã giúp đỡ và đóng góp nhiều ý kiến, cung cấp hỗ trợ tài liệu

Xin gửi lời cảm ơn đến các anh, chị ở Cục Công nghệ thông tin, Bộ Tài nguyên và Môi trường – CIREN (chi nhánh phía Nam), Đài Khí tượng thủy văn khu vực Nam Bộ, Ủy ban sông Mê Công đã tận tình hỗ trợ, giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận văn

Xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô và đồng nghiệp đang công tác tại Khoa Địa lý và các Phòng ban chức năng, trường Đại học Đồng Tháp đã tạo điều kiện tối đa để tác giả được nghiên cứu, học tập tại trường Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh

Và đặc biệt, xin cảm ơn những người thân trong gia đình luôn luôn bên cạnh, quan tâm, động viên và giúp đỡ tác giả trong những lúc khó khăn nhất để hoàn thành luận văn này

Tp Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 12 năm 2010

Tác giả

Phạm Thế Hùng

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ

Luận văn trình bày việc ứng dụng các mô hình xác suất thống kê và Hệ thống thông tin địa lý (GIS) để đưa ra các cảnh báo ngập lụt vùng Đồng bằng sông Cửu Long, thử nghiệm ở phạm vi thuộc hai huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp và huyện Châu Phú, tỉnh An Giang bằng các bản đồ dự báo (dự báo mức độ sâu ngập lũ lớn nhất, dự báo thời điểm bắt đầu và kết thúc lũ, dự báo thời gian xảy ra lũ, dự báo xác suất xảy ra lũ) Kết quả sau khi xử lý sẽ được cung cấp lên mạng internet qua hệ thống WebGIS được thiết kế theo các chuẩn mã nguồn mở của OGC, giúp người dân có thể tra cứu thông tin lũ lụt một cách nhanh chóng và chính xác nhất

ABSTRACT

The thesis presents an application of the statictical and probability models and Geographic Information System (GIS) to give warning of flooding of the Mekong Delta, the scope of testing in Tam Nong district, Dong Thap province and Chau Phu district, An Giang province by flood forecasting maps (maximum depth of flooding map, start of flooding map, completion of draining map, duration of flooding map and probability of flooding map) After treament, the result will be provided on the internet through WebGIS system which’s designed by the OGC’s Open Source standards, people can look up the information of flooding quickly and accurately

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 8

1.1.ĐẶT VẤN ĐỀ 12

1.2.MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 13

1.3.ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 14

1.4.PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN LUẬN VĂN 15

1.5.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15

1.6.Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 17

1.6.1 Ý nghĩa khoa học 17

1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn 18

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 19

2.1.TRONG NƯỚC 19

2.2.NGOÀI NƯỚC 22

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 26

3.1.KHÁI QUÁT KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG 26

3.2.KHÁI QUÁT HỆ THỐNG SÔNG MÊ CÔNG 28

3.3.CÔNG NGHỆ WEBGIS 30

3.3.1 Định nghĩa WebGIS 30

3.3.2 Phân loại WebGIS 32

3.3.2.1 Phân loại theo kiến trúc 32

3.3.2.2 Phân loại theo kỹ thuật 33

3.3.2.3 Phân loại theo dịch vụ 35

3.3.3 Kiến trúc WebGIS 36

3.4.TỔ CHỨC OGC VÀ CÁC CHUẨN THỰC THI 39

3.4.1 Tổ chức Open Geospatial Consortium – OGC 39

3.4.2 Các chuẩn thực thi của OGC 42

3.4.2.1 Đặc tả Web Map Service (WMS) 44

3.4.2.2 Đặc tả Web Feature Service (WFS) 45

3.4.2.3 Đặc tả Styled Layer Description (SLD) 46

3.4.2.4 Đặc tả Geographic Markup Language (GML) 48

3.4.2.5 Đặc tả Filter Encoding 49

3.5.GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MAINSTEM VÀ MAPSTATS 49

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG 53

4.1.TỔ CHỨC DỮ LIỆU 53

4.1.1 Dữ liệu nền 53

4.1.2 Dữ liệu chuyên đề 62

4.2.THIẾT KẾ HỆ THỐNG WEBGIS 79

4.3.XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT 84

4.3.1 Mô tả đặc điểm thống kê mực nước 84

4.3.2 Các phân tích tần suất và xác suất khác 87

4.3.3 Tính toán xác suất lũ 90

4.4.THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG 100

4.4.1 Thử nghiệm trang dịch vụ bản đồ WMS 100

4.4.2 Thử nghiệm trang in bản đồ 106

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 110

DANH MỤC HÌNH ẢNH, BẢNG SỐ LIỆU

1 Hình 2.1 Giao diện chính của hệ thống dự báo ngập lụt trực tuyến

các sông Nhật Lệ, Bến Hải và Thạch Hãn (Quảng Bình, Quảng Trị) 19

2 Hình 2.2 Trang chủ của Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương 20

3 Hình 2.3 Giao diện chính của trang Hệ thống thông tin tài nguyên nước Đồng bằng sông Cửu Long – trường Đại học Cần Thơ 21

4 Hình 2.4 Giao diện WebGIS của TIMIS ở nước Luxemboug 23

5 Hình 2.5 Giao diện WebGIS của TIMIS ở nước Đức 23

6 Hình 2.6 Giao diện chính của hệ thống 25

7 Hình 3.1 Bản đồ hành chính các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long 27

8 Hình 3.2 Lưu vực sông Mê Công 30

9 Hình 3.3 Kiến trúc Web 3 tầng (three-tier) 36

10 Hình 3.4 Kiến trúc n-tier tương tác giữa client với các hệ thống 38

11 Hình 3.5 Khó khăn trong việc chia sẻ dữ liệu 39

12 Hình 3.6 Giải pháp của OGC 41

13 Hình 3.7 Mối quan hệ giữa các Client/Server với các chuẩn OGC 42

14 Hình 3.8 Giao diện chính của phần mềm Mainstem 50

15 Hình 3.9 Giao diện chính của phần mềm Mapstats 51

16 Hình 4.1 Các tham số cho hệ tọa độ chiếu 54

17 Hình 4.2 Tham số cho hệ tọa độ thẳng đứng 55

18 Hình 4.3 Các lớp dữ liệu nền được truy xuất thông qua ArcSDE 56

19 Hình 4.4 Dữ liệu không gian và thuộc tính của lớp

HANH_CHINH_TINH trong ArcMap sau khi đã import vào ArcSDE 58

20 Hình 4.5 Dữ liệu không gian và thuộc tính của lớp UBND_TINH

trong ArcMap sau khi đã import vào ArcSDE 59

21 Hình 4.6 Dữ liệu không gian và thuộc tính của lớp

SONG_DUONG và lớp SONG_VUNG trong ArcMap sau khi đã import vào ArcSDE 60

22 Hình 4.7 Dữ liệu không gian và thuộc tính của lớp

GIAO_THONG_TINH và lớp GIAO_THONG_QUOC_GIA trong ArcMap sau khi đã import vào ArcSDE 62

23 Hình 4.8 Các tham số kết nối với ArcSDE 68

24 Hình 4.9 Các lớp dữ liệu nền được định kiểu SLD và hiển thị

trên WebGIS theo đúng quy định về phương pháp biểu hiện bản đồ chuyên đề .79

25 Hình 4.10 Kiến trúc hệ thống và chu trình dữ liệu 80

26 Hình 4.11 Giao diện chính của GeoServer 82

27 Hình 4.12 Thực hiện kết nối giữa ArcCatalog và MS SQL Server

2000 83

28 Hình 4.13 Giao diện chính của Client 84

29 Hình 4.14 Biểu đồ mực nước sông năm 2000 của trạm Tân Châu

được kết xuất từ phần mềm Mainstem 86

30 Hình 4.15 Biểu đồ hiệu mực nước sông giữa hai trạm Tân Châu

và Châu Đốc được kết xuất từ phần mềm Mainstem, giai đoạn 2005 – 2009 86

31 Hình 4.16 Kết quả tính toán được xuất ra file ở định dạng ASCII 87

32 Hình 4.17 Vị trí khu vực ghi nhận mực nước lũ 88

33 Hình 4.18 Tương quan giữa mực nước ở trạm Tân Châu với mực

nước lũ, mùa lũ năm 2009 khu vực huyện Tam Nông, Đồng Tháp 86

34 Hình 4.19 Tương quan giữa mực nước ở trạm Châu Đốc với mực

nước lũ, mùa lũ năm 2009 khu vực huyện Châu Phú, An Giang 86

35 Hình 4.20 Mô hình độ cao số khu vực huyện Tam Nông, Đồng

Tháp 91

36 Hình 4.21 Mô hình độ cao số khu vực huyện Châu Phú, An

Giang 92

37 Hình 4.22 Các thao tác xử lý trong phần mềm Mapstats 93

38 Hình 4.23 Chuyển từ định dạng ASCII về Raster trong

ArcToolbox 94

39 Hình 4.24 Chuyển đổi từ Raster về Polygon (Vector) 95

40 Hình 25 Thực hiện gộp các đối tượng có cùng thuộc tính lại với

nhau 96

41 Hình 26 Thực hiện phép Join giữa hai bảng 97

42 Hình 4.27 Bản đồ dự báo thời điểm lũ rút hoàn toàn, mùa lũ

năm 2010 khu vực huyện Châu Phú, An Giang với xác suất vượt ngưỡng 10% 98

43 Hình 4.28 Bản đồ dự báo độ sâu ngập lũ lớn nhất, mùa lũ năm

2010 khu vực huyện Tam Nông, Đồng Tháp với xác suất vượt ngưỡng 10% 99

44 Hình 4.29 Chức năng xem trước khi in bản đồ của trang in bản

đồ nền 108

45 Hình 4.30 Truy vấn dựa trên thuộc tính của đối tượng 109

1 Bảng 4.1 Danh sách các trạm khí tượng, thủy văn trên

khu vực Đồng bằng sông Cửu Long 65

2 Bảng 4.2 Số liệu mực nước trung bình năm của một số trạm khí

tượng thủy văn trên khu vực Đồng bằng sông Cửu Long 66

Chương 1 MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Sông Mê Công là một trong những con sông lớn trên thế giới, với chiều dài khoảng 4.800km, bắt nguồn từ cao nguyên Thanh – Tạng, Trung Quốc, chảy qua Mianma, Thái Lan, Lào, Campuchia và đổ ra biển Đông trên phạm vi lãnh thổ của Việt Nam Ở Việt Nam, sông Mê Công nó còn có một tên gọi khác là sông Cửu Long Đồng bằng châu thổ sông Cửu Long là đồng bằng châu thổ lớn nhất nước và chiếm phần lớn diện tích trong toàn bộ châu thổ vùng hạ lưu sông Mê Công Những lợi ích về hiệu quả kinh tế của con sông này mang lại cho dân

cư vùng châu thổ là vô cùng to lớn (nguồn lợi về thủy sản, giao thông, thủy lợi,…) Tuy nhiên, hàng năm, nhân dân các tỉnh vùng Đồng bằng sông Cửu Long luôn phải hứng chịu nhiều thiệt hại về tính mạng và tài sản do lũ lụt cũng từ con sông này gây ra và cứ theo chu kỳ vài năm lại có những trận lụt lớn

Trong những năm gần đây, do sự biến đổi khí hậu toàn cầu, Trái đất đang có xu hướng ấm dần lên, diễn biến của thời tiết và khí hậu trở nên bất thường Cường độ mưa bão ngày càng tăng và diễn biến phức tạp, khó dự báo Điều này kéo theo diễn biến lũ của các con sông cũng càng trở nên phức tạp Nhiều trận lũ lịch sử xuất hiện với cường độ lớn, tần suất cao, gây thiệt hại to lớn về kinh tế, tài sản và tính mạng con người Đây là một thách thức không nhỏ đặt ra không chỉ đối với những người làm công tác dự báo mà còn đối với các nhà quản lý ở nước ta về vấn đề không chỉ là độ chính xác của kết quả dự báo mà còn là thông tin dự báo phải được cập nhật liên tục, nhanh chóng và phổ biến tới từng người dân

Hiện nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học và công nghệ, sự trợ giúp của những trang thiết bị hiện đại, đội ngũ chuyên gia lành nghề được đào

tạo chuyên sâu trong lĩnh vực dự báo, công tác dự báo khí tượng thủy văn ở nước

ta ngày càng đạt được độ chính xác tương đối cao, góp phần không nhỏ vào việc phòng tránh các thiên tai do mưa bão gây ra Tuy nhiên, để giảm mức độ thiệt hại hơn nữa, cần có sự tự ý thức của người dân, thông tin dự báo và cảnh báo về mức độ ngập và những thiệt hại có thể xảy ra phải được tuyên truyền sâu rộng đến người dân bằng các phương tiện thông tin đại chúng

Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System – GIS) là một ngành khoa học ứng dụng, có khả năng liên kết với nhiều lĩnh vực khác nhau để xây dựng các ứng dụng cho từng chuyên ngành cụ thể Việc sử dụng GIS để xây dựng hệ thống dự báo là cần thiết nhằm cho ra kết quả dự báo bằng các bản đồ trực quan Mặt khác, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin và truyền thông, việc đưa thông tin dự báo lên web là nhằm mục tiêu phổ biến, giáo dục, tuyên truyền kiến thức cho mọi người dân Vì vậy, việc nghiên cứu xây dựng hệ thống cảnh báo ngập lụt trực tuyến là một vấn đề vừa mang tính thời sự vừa mang tính khoa học cao

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính là xử lý kết xuất các bản đồ dự báo từ hệ thống dự báo sau đó cung cấp kết quả dự báo lên hệ thống WebGIS với nội dung nghiên cứu cụ thể như sau:

- Nghiên cứu các mô hình, hệ thống dự báo lũ lụt trong lĩnh vực chuyên ngành khí tượng, thủy văn, đặc biệt là các hệ thống đang được nghiên cứu triển khai ứng dụng ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long Cụ thể là hệ thống Mainstem và Mapstat được phát triển bởi Chương trình Quản lý và Giảm thiểu lũ lụt của Ủy ban Quốc tế sông Mê Công

- Xây dựng hệ thống WebGIS vận hành dựa trên kiến trúc Web 3 tầng (three-tier):

v Server: WebServer sử dụng Apache Tomcat 7.0; MapServer sử dụng GeoServer phiên bản 2.0.2 Hệ thống dự báo được cài đặt trên server kết hợp thêm ArcGIS Desktop 9.3 để phân tích không gian, xử lý kết xuất bản đồ

v Client: gồm các Web Browser (Internet Explorer, Mozilla Firefox) với giao diện được phát triển dựa trên thư viện mã nguồn mở OpenLayer, ExtJS và GeoExt

v Database: sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu Microsoft SQL Server

2000 Việc truy xuất và xử lý cơ sở dữ liệu bản đồ giữa client và server được thực hiện thông qua ArcSDE 9.3

- Nghiên cứu các giải pháp để kết nối giữa hai hệ thống dự báo lũ lụt và hệ thống WebGIS Kết quả được xử lý từ hệ thống dự báo lũ sẽ được xử lý và đưa lên hệ thống WebGIS nhằm cung cấp thông tin cho người sử dụng phía Client

1.3 Đối tượng nghiên cứu

- Kiến trúc WebGIS 3 tầng (3-tier): Server/Database/Client;

- Các hệ thống xử lý bản đồ ngập lụt: Mainstem và Mapstat;

- Cơ sở dữ liệu địa lý chuyên đề thủy văn, bao gồm dữ liệu đầu vào: dữ liệu mực nước sông ở quá khứ và dữ liệu mực nước lũ mùa lũ năm 2009 cùng với dữ liệu đầu ra là các bản đồ chuyên đề thể hiện kết quả dự báo lũ lụt

1.4 Phạm vi nghiên cứu và giới hạn luận văn

- Khu vực nghiên cứu: phần hạ nguồn lưu vực sông Mê Công, tính toán bản đồ dự báo lũ lụt (dự báo mức độ sâu ngập, dự báo thời gian ngập, dự báo thời điểm lũ bắt đầu và kết thúc, dự báo khả năng xác suất xảy ra lũ) ở khu vực huyện Châu Phú, tỉnh An Giang và huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp dựa trên mực nước sông ở trạm đầu nguồn Châu Đốc trên nhánh sông Tiền (sông Mê Công) và trạm đầu nguồn Tân Châu trên nhánh sông Hậu (sông Bác-sắc)

- Giới hạn về nội dung nghiên cứu:

+ Kế thừa các mô hình tính toán và chương trình dự báo ngập lụt của lĩnh vực thủy văn Cụ thể là hai phần mềm Mainstem và Mapstats cùng với các hàm toán học được cung cấp bởi Chương trình Quản lý và giảm thiểu lũ lụt, Ủy ban sông Mê Công

+ Phía client: tập trung giải quyết các vấn đề liên quan đến kỹ thuật cài đặt hệ thống WebGIS và vận hành các mô hình dự báo lũ

+ Phía server: tập trung giải quyết các kỹ thuật liên quan đến việc kết nối hệ thống, truy vấn không gian, cập nhật dữ liệu không gian, hiển thị kết quả dưới dạng bản đồ theo đúng quy định

+ Nghiên cứu các kỹ thuật tương tác giữa các thành phần của hệ thống, đảm bảo quá trình vận hành trơn tru, hạn chế lỗi

1.5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thu thập và phân tích thông tin, tài liệu: trong quá trình

thực hiện luận văn, tác giả cần phải thu thập một khối lượng lớn tài liệu kỹ thuật, báo cáo khoa học, thông tin chuyên đề và các nguồn thông tin khác có liên quan về các vấn đề: kiến trúc hệ thống Web, WebGIS; định nghĩa đặc tả

XML, GML; định nghĩa các chuẩn mở của OGC; ngôn ngữ lập trình Web phía server JSP (Java Server Page); ngôn ngữ lập trình Javascript; các mô hình toán dự báo ngập lụt;….từ nhiều nguồn khác nhau trong nước và ngoài nước

- Phương pháp khảo sát thực địa: quá trình thực hiện đề tài cần tiến

hành khảo sát một số địa phương trong phạm vi khu vực nghiên cứu nhằm thu thập thông tin có liên quan, nhất là thông tin về mực nước sông và mực nước ngập lũ lịch sử Phương pháp thực địa còn được tiến hành sau khi đã có kết quả dự báo nhằm kiểm tra, đánh giá độ chính xác kết quả dự báo Từ đó, cho phép thay đổi, hiệu chỉnh dữ liệu đầu vào và quá trình phân tích, xử lý hệ thống

- Phương pháp phân tích thống kê và xác suất: quá trình dự báo mực

nước lũ là quá trình áp dụng các bài toán xác suất và thống kê dựa trên dữ liệu mực nước sông và mực nước lũ lịch sử bằng các mô hình toán được thiết kế và cài đặt trong các phần mềm Mainstem và Mapstat

- Phương pháp bản đồ và kỹ thuật phân tích không gian trong GIS: kết

quả xử lý cuối cùng của hệ thống dự báo lũ từ Mainstem và Mapstat chủ yếu là các file ASCII, cần phải tiến hành xử lý, phân tích không gian trong ArcGIS để có được các file kết quả dưới dạng dữ liệu GIS cũng như áp dụng các quy chuẩn kỹ thuật trình bày bản đồ theo đúng quy định hiện hành của Nhà nước về Đo đạc bản đồ

- Phương pháp thử đúng/sai (try and errors): do đề tài liên quan đến

nhiều khái niệm mới, nhất là kỹ thuật lập trình Web và các đặc tả của OGC nên việc vận hành hệ thống, viết các trang client luôn phải được chạy, thiết kế thử để chỉnh sửa (debug) các lỗi phát sinh trong quá trình vận hành

1.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn

1.6.1 Ý nghĩa khoa học

Đóng góp của luận văn về mặt khoa học:

v Việc triển khai kết quả dự báo lũ lụt trên nền WebGIS cho phép mở ra những hướng có thể xây dựng các hệ thống cảnh báo thời gian thực (real-time) dựa trên số liệu mưa, mực nước sông hàng ngày tại các trạm đo

v Nghiên cứu về các mô hình dự báo lũ sẽ mở ra nhiều hướng lựa chọn các mô hình, hệ thống khác nhau dựa trên đánh giá về độ chính xác kết quả dự báo Đây cũng là cơ sở khoa học để cải tiến các mô hình, hệ thống dự báo, cảnh báo

v Việc phát triển phần mềm GIS mã nguồn mở nhất là các thư viện dùng cho Map Client hiện nay đang là một hướng tiếp cận mang tính khoa học cao Hướng tiếp cận mã nguồn mở cho phép có thể định nghĩa chức năng, tùy chọn hệ thống phần mềm theo người dùng (user-defined)

v Kết nối giữa hệ thống dự báo lũ và hệ thống WebGIS (kết quả dự báo được kết xuất từ hệ thống dự báo sẽ được xử lý, hiệu chỉnh và trở thành dữ liệu đầu vào cung cấp cho hệ thống WebGIS) nhằm cung cấp thông tin dự báo qua môi trường Web, đồng thời nghiên cứu giải pháp hiệu chỉnh, kích hoạt hệ thống cũng qua môi trường Web là định hướng quan trọng cho những nghiên cứu tiếp theo nhằm xây dựng các hệ thống cảnh báo lũ lụt theo thời gian thực

1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn

Thông tin cảnh báo ngập lụt đóng vai trò hết sức quan trọng đối với đời sống, sản xuất và sinh hoạt hàng ngày của cư dân vùng lũ, đồng thời cũng là thông tin hỗ trợ các nhà quản lý trong việc tổ chức sản xuất, quy hoạch dân cư, phát triển kinh tế xã hội

Việc cung cấp thông tin dự báo dưới dạng các bản đồ số qua hệ thống mạng internet đảm bảo đáp ứng nhanh chóng nhu cầu nắm bắt, cập nhật, theo dõi diễn biến hàng ngày, hàng giờ của người dân và các nhà quản lý

Hệ thống WebGIS được xây dựng với phần Server và Client dựa trên mã nguồn mở giúp tiết kiệm tối đa chi phí đầu tư, góp phần giải quyết bài toán về vấn đề kinh phí

Chương 2 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 2.1 Trong nước

- Đề tài cấp Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam “Nghiên cứu triển khai

công nghệ dự báo trực tuyến về diện và mức độ ngập lụt các lưu vực sông Nhật Lệ, Bến Hải và Thạch Hãn (tỉnh Quảng Bình và Quảng Trị)”, chủ nhiệm đề tài là TS Lại Vĩnh Cẩm, do Viện Địa lý chủ trì đã được nghiệm thu Đề tài được thực hiện bởi một đội ngũ các chuyên gia, các nhà khoa học hoạt động nghiên cứu chuyên sâu trong lĩnh vực khí tượng, thủy văn Vì vậy, kết quả dự báo có chất lượng cao và đáng tin cậy Tuy nhiên, hệ thống dự báo hoạt động như một trang Web cung cấp thông tin dự báo dưới dạng dữ liệu thuộc tính, chưa có các bản đồ trực tuyến nên không thể gọi là một hệ thống WebGIS

Hình 2.1 Giao diện chính của hệ thống dự báo ngập lụt trực tuyến

các sông Nhật Lệ, Bến Hải và Thạch Hãn (Quảng Bình, Quảng Trị)1

1 Nguồn: Phòng Sinh thái cảnh quan – Viện Địa lý, Website: http://geographyvn.com

- Cổng thông tin của Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương

thuộc Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia, Bộ Tài nguyên Môi trường Đây là một trang cung cấp thông tin dự báo đầy đủ và chính xác, được cập nhật hàng ngày, hàng giờ về tình hình khí tượng thủy văn trên toàn bộ lãnh thổ Việt Nam Dữ liệu về tình hình khí tượng thủy văn được thu thập từ rất nhiều trạm đo đạc, quan trắc trong cả nước trải dài từ Bắc xuống Nam Vì vậy, có thể nói đây là một trung tâm dữ liệu quốc gia về khí tượng thủy văn, chịu trách nhiệm hàng đầu trong công tác dự báo khí tượng thủy văn của tất cả các vùng trong cả nước Tuy nhiên, dữ liệu bản đồ của Trung tâm hầu hết là dưới dạng ảnh raster Mặt khác, trang web chỉ cung cấp thông tin dự báo dưới dạng dữ liệu thuộc tính, còn các bản đồ là bản đồ mạng lưới trạm thủy văn và mạng lưới sông ngòi

Hình 2.2 Trang chủ của Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương2

- Đề tài Hệ thống thông tin Tài nguyên nước Đồng bằng sông Cửu Long

do TS Nguyễn Hiếu Trung, trường Đại học Cần Thơ làm chủ nhiệm (hiện đang

2 Nguồn: http://www.nchmf.gov.vn/web/vi-VN/43/Default.aspx

trong giai đoạn chạy thử nghiệm) Đây là công trình đầu tiên về quản lý tài nguyên nước ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long bằng hệ thống mạng internet dưới dạng một hệ thống WebGIS, được xây dựng dựa trên nền tảng kiến trúc 3 tầng với:

+ Tầng giao diện phía người sử dụng (map Client): được thiết kế trên nền tảng thư viện Javascript Ka-map;

+ Tầng cơ sở dữ liệu: sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu PostgreSQL với plugin PostGIS hỗ trợ công cụ thao tác trên dữ liệu không gian;

+ Tầng máy chủ bản đồ: sử dụng MapServer (do trường Đại học Minesota phát triển)

Hình 2.3 Giao diện chính của trang Hệ thống thông tin tài nguyên nước

Đồng bằng sông Cửu Long – trường Đại học Cần Thơ3

Hệ thống cung cấp các công cụ cơ bản của một WebGIS:

3 Nguồn: HTTT Tài nguyên nước Đồng bằng sông Cửu Long (http://ctgis.ctu.edu.vn/mekong/)

+ Thể hiện các lớp bản đồ chuyên đề: sinh thái nông nghiệp, mưa và bốc hơi, xâm nhập mặn, ngập và đơn vị hành chính

+ Các công cụ cơ bản trong một phần mềm GIS: phóng to, thu nhỏ, di chuyển bản đồ, truy vấn thông tin, chồng lớp bản đồ

Đề tài được đánh giá cao, do được xây dựng trên nền tảng mã nguồn mở Tuy nhiên vẫn còn một số điểm chưa được làm rõ: dữ liệu để thành lập chuyên đề chưa nói rõ được cập nhật vào thời điểm nào; chưa hỗ trợ các công cụ chỉnh sửa và thêm mới đối tượng không gian

2.2 Ngoài nước

- Hệ thống thông tin lũ lụt TIMIS là một hệ dự án xuyên quốc gia được phát triển từ năm 2008 bởi 7 dự án từ các nước Luxemboug, Pháp và Đức cùng phát triển hệ thống với dữ liệu của hàng trăm con sông, suối Mục tiêu chính của các dự án là làm giảm thiệt hại do lũ ở mức thấp nhất bằng cách cung cấp các thông tin dự báo:

+ Lập bản đồ nguy cơ lũ;

+ Cải thiện độ chính xác về dự báo lũ lưu vực sông Mosel;

+ Phát triển một hệ thống cảnh báo sớm lũ lụt cho các khu vực sông nhỏ; + Xây dựng Hệ thông thông tin địa lý về lũ lụt (Flood GIS) bao gồm việc phát triển một WebGIS, một WebGIS plus và DesktopGIS

Do được đầu tư về nguồn kinh phí và sự tập trung của các đội ngũ chuyên gia, các nhà khoa học nên đây là một hệ thống WebGIS đồ sộ

Hình 2.4 Giao diện WebGIS của TIMIS ở nước Luxemboug4

Hình 2.5 Giao diện WebGIS của TIMIS ở nước Đức5

- Dự án Cứu trợ lũ lụt (Flood RELIEF) được hỗ trợ bởi Ủy ban Châu Âu (European Commission) là hệ thống hỗ trợ ra quyết định được lập theo thời gian thực tích hợp hệ thống thủy văn, công nghệ radar và khí tượng, góp phần vào việc thực hiện mục tiêu Quản lý bền vững và chất lượng nước trong vấn đề sử dụng năng lượng, bảo vệ môi trường và phát triển bền vững, với những vấn đề

4 Nguồn: http://maps.ebp.ch/timis/webgis/lux/

5 Nguồn: http://maps.ebp.ch/timis/webgis/ger2/

cụ thể: giám sát, cảnh báo sớm và nâng cao chất lượng dự báo lũ Dự án được thực hiện bởi 7 đối tác lớn ở Châu Âu:

+ DHI Water & Environment, Đan Mạch;

+ Trung tâm nghiên cứu Quản lý nước và môi trường, Đại học Bristol; + Viện nghiên cứu môi trường quốc gia NERI, Đan Mạch;

+ GKSS, Forschungszentrum GmbH Geestacht, Đức;

+ Viện Khí tượng và quản lý nước, Wroclaw IMGW, Ba Lan;

+ GEOMOR;

+ Cơ quan Môi trường, nước Anh

Dự án đã thực hiện nghiên cứu ở 2 khu vực: vùng thượng lưu và trung lưu lưu vực sông Odra và các lưu vực sông Kaczawa, Ba Lan; lưu vực sông Welland và Glen, nước Anh

- Cổng Thông tin Tài nguyên nước bang Ticino, Thụy Sĩ được thiết kế bởi Phòng Địa tin học, Viện Khoa học Trái đất, trường Đại học Khoa học Ứng dụng Nam Thụy Sỹ (University of Applied Sciences of the South Switzerlad – SUPSI) dưới sự bảo trợ của Sở Môi trường, Sở Xây dựng và Thiết kế Website được thiết kế dựa trên các chuẩn OGC: WMS (Web Mapping Service), SOS (Sensor Observation Service) và WPS (Web Processing Service) Phía client của Website được thiết kế dựa trên thư viện mã nguồn mở OpenLayers, GeoExt và ExtJS

Hình 2.6 Giao dieän chính cuûa heä thoáng6

6 Nguoàn: http://istgeo.ist.supsi.ch/hydro/

Chương 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Khái quát khu vực Đồng bằng sông Cửu Long

Khu vực Đồng bằng sông Cửu Long về mặt tự nhiên là một bộ phận của châu thổ sông Mê Công với diện tích tự nhiên là 39.734 km2 (chiếm 11,98% tổng diện tích cả nước và chiếm trên 4% diện tích toàn lưu vực sông Mê Công)

Vùng Đồng bằng sông Cửu Long có cấu tạo địa chất tương đối đơn giản, gồm lớp phù sa cổ có tuổi khoảng 100.000 năm nằm dưới lớp phù sa mới bao gồm trầm tích sông và biển với độ dày trung bình thay đổi từ 10 – 20m đến 100m

Đại bộ phận vùng Đồng bằng sông Cửu Long có địa hình thấp và bằng phẳng, ít đồi núi (trừ một bộ phận thuộc hai tỉnh An Giang và Kiên Giang), có những vùng trũng diện tích tương đối lớn, ngập nước thường xuyên như Đồng Tháp Mười, Tứ giác Long Xuyên, U Minh

Vùng Đồng bằng sông Cửu Long có một mạng lưới kênh rạch chằng chịt bao gồm các hệ thống sông rạch tự nhiên và các kênh mương nhân tạo với tổng chiều dài trên 5.000 km, với nhiều kích thước khác biệt nhau

Về thổ nhưỡng, có thể phân chia vùng Đồng bằng sông Cửu Long thành 4 khu vực chính: vùng phù sa nước ngọt (có diện tích khoảng 1,5 triệu ha, gồm các phần đất nằm dọc hai bên sông Hậu, sông Tiền), vùng đất bị nhiễm mặn (có diện tích khoảng 0,8 triệu ha, phân bố ở các vùng giáp biển), vùng đất phèn (có diện tích khoảng 1,6 triệu ha, tập trung chủ yếu ở các vùng trũng Đồng Tháp Mười và Tứ giác Long Xuyên), vùng đất hữu cơ (có diện tích khoảng 26 ngàn

ha, được hình thành bởi quá trình phân rã xác thực vật ở vùng U Minh)

Khí hậu vùng Đồng bằng sông Cửu Long mang tính chất khí hậu cận xích đạo gió mùa trên nền tảng khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa của lãnh thổ Việt Nam

Khí hậu trong năm chia thành 2 mùa chính, mùa mưa và mùa khô với nền nhiệt và ẩm cao, lượng mưa dồi dào và lượng bốc hơi lớn Chính điều này đã ảnh hưởng sâu sắc đến chế độ thủy văn và đặc điểm dòng chảy của hệ thống sông ngòi trên phạm vi vùng Đồng bằng sông Cửu Long

Về mặt phân chia địa giới hành chính, khu vực Đồng bằng sông Cửu Long bao gồm 13 tỉnh, thành phố trực thuộc trung ương (các tỉnh Long An, Tiền Giang, Vĩnh Long, Trà Vinh, Bến Tre, An Giang, Kiên Giang, Đồng Tháp, Hậu Giang, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau và thành phố Cần Thơ) với tổng số dân là

17.178.871 người (theo kết quả tổng điều tra dân số toàn quốc ngày 01/4/2009)

Hình 3.1 Bản đồ hành chính các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long7

7 Được xử lý bằng phần mềm ArcGIS Desktop 9.3 với nguồn dữ liệu từ Khoa Địa lý, trường Đại

học Khoa học xã hội và Nhân văn Tp Hồ Chí Minh; Vietnam OSGeo Chapter

3.2 Khái quát hệ thống sông Mê Công

Hệ thống sông Mê Công là một trong những hệ thống sông lớn trên thế giới và châu Á (về chiều dài đứng thứ 12 thế giới và thứ 7 châu Á; về lưu lượng nước đứng thứ 10 thế giới) Theo số liệu của Ủy ban sông Mê Công, sông Mê Công có lưu lượng trung bình 13.200m3/s, vào mùa lũ có thể đạt đến 30.000m3/s, với lưu vực rộng khoảng 795.000km2

Sông Mê Công bắt nguồn từ vùng núi cao tỉnh Thanh Hải, thuộc cao nguyên Thanh – Tạng, Trung Quốc, rồi chảy qua các nước Myanma, Thái Lan, Lào, Campuchia và Việt Nam trước khi đổ ra biển Đông Vì là con sông quốc tế, chảy qua nhiều quốc gia khác nhau, nên sông Mê Công cũng có nhiều tên gọi

khác nhau (ở Trung Quốc được gọi là Lan Thương Giang, ở Thái Lan và Lào nó có tên là Mènam Khong, ở Campuchia thì được gọi là sông Mékôngk hay Tông-lê Thơm)

Theo nhiều tài liệu được công bố, sông Mê Công có chiều dài tổng cộng vào khoảng 4.800km, trong đó phần chảy qua lãnh thổ Việt Nam có chiều dài khoảng 200 – 250km, gồm 5 khu vực riêng biệt: Đồng bằng sông Cửu Long, Tây

Nguyên (sông Xê-xan và sông Xrê-pok) và những vùng đầu nguồn có diện tích nhỏ ở Hương Hóa – Quảng Tri, A Lưới – Thừa Thiên Huế (sông Sê-Bang-Hiêng) và Điện Biên (sông Nậm Rốn) Trong đó, Đồng bằng sông Cửu Long là vùng có

diện tích lớn nhất, chiếm khoảng 79% diện tích châu thổ hạ lưu sông Mê Công

Khi chảy xuống hạ lưu Phnôm Pênh (Campuchia), sông Mê Công chia thành 2 nhánh chảy ra biển Đông là sông Mê Công (sông Tiền) và sông Bát Sắc – cũng được gọi là sông Ba Thắc (sông Hậu) Sông Hậu chảy qua Châu Đốc, Long Xuyên (An Giang), thành phố Cần Thơ, Sóc Trăng và đổ ra biển bằng 3 cửa: Định An, Ba Thắc và Tranh Đề (hiện nay cửa Ba Thắc đã bị bồi lấp) Sông

Tiền có lòng sông rộng với nhiều cù lao lớn ở giữa dòng, chảy qua Tân Châu (An Giang), Hồng Ngự và Cao Lãnh (Đồng Tháp), đến Cai Lây (Tiền Giang) thì chia thành 4 nhánh và đổ ra biển bằng 6 cửa: nhánh sông Mỹ Tho đổ ra Cửa Đại và cửa Tiểu, nhánh sông Hàm Luông đổ ra cửa Hàm Luông, nhánh sông Cổ Chiên đổ ra cửa Cổ Chiên và Cung Hầu, nhánh sông Ba Lai đổ ra cửa Ba Lai (hiện nay cửa Ba Lai cũng đã bị hệ thống cống đập trong một dự án ngọt hóa vùng ven biển Bến Tre ngăn lại)

Dưới tác động của chế độ khí hậu, chế độ dòng chảy của sông Mê Công ở khu vực này chia thành hai mùa rõ rệt, mùa lũ từ tháng VI đến tháng XII với lượng dòng chảy chiếm đến 90% tổng lượng dòng chảy cả năm và mùa khô từ tháng I đến tháng V, với tháng III và tháng IV là 2 tháng có dòng chảy cạn nhất

Hình 3.2 Lưu vực sông Mê Công8

3.3 Công nghệ WebGIS

3.3.1 Định nghĩa WebGIS

Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật và công nghệ, hiện nay

ưu thế vượt trội của GIS đã được khẳng định Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của hệ thống mạng máy tính toàn cầu, nhu cầu chia sẻ dữ liệu và các ứng dụng GIS nói chung đã không còn là vấn đề khó khăn, phức tạp

8 Nguồn: Ủy ban sông Mê Công Việt Nam (http://www.vnmc.gov.vn/images/map.gif )

Sự hình thành và phát triển của WebGIS đánh dấu một bước phát triển cực kỳ quan trọng trong ngành GIS Trước đây, với sự đa dạng của phần mềm GIS, cùng với khả năng ứng dụng đa ngành của GIS nên dữ liệu GIS được hình thành từ rất nhiều nguồn và có rất nhiều định dạng khác nhau Vì vậy, việc khai thác sử dụng, tính tương thích dữ liệu và giá thành của phần mềm GIS luôn là vấn đề lớn đối với những người sử dụng GIS

Công nghệ WebGIS ra đời chính là để giải quyết một phần nhu cầu bức thiết ở trên, vấn đề chia sẻ và sử dụng dữ liệu trở nên đơn giản hơn, rào cản về khoảng cách và chi phí cho việc phát triển dữ liệu được giảm thiểu đáng kể Mặt khác, với công nghệ WebGIS, những người sử dụng GIS không chuyên có cơ hội khai thác dữ liệu GIS và các chức năng của GIS mà không cần thiết phải cài đặt các phần mềm GIS chuyên dụng

Do GIS có nhiều định nghĩa khác nhau nên WebGIS cũng có nhiều định nghĩa Nhưng tựu chung lại, các định nghĩa của WebGIS dựa trên nền tảng sự đa dạng của GIS và dựa trên nền tảng công nghệ Web Sau đây là một số định nghĩa cơ bản:

Theo Harder, 1998: “WebGIS là một hệ thống phức tạp kết nối với Internet để sao chép, lưu trữ, điều khiển, phân tích và hiển thị dữ liệu cùng với vị trí mà không cần sử dụng đến phần mềm GIS riêng biệt Trên thực tế, Internet không làm thay đổi những đặc điểm cơ bản của hệ GIS, nó chỉ giúp đưa các tính năng của hệ GIS sử dụng được trên mạng”

Theo Edward, 2000: “WebGIS là Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System – GIS) được phân bố thông qua hệ thống mạng máy tính phục vụ cho việc tích hợp, phổ biến và giao tiếp với các thông tin địa lý được hiển thị trên môi trường World Wide Web”

3.3.2 Phân loại WebGIS

3.3.2.1. Phân loại theo kiến trúc

Hoạt động của mạng Internet chủ yếu dựa trên nguyên lý kiến trúc khách/chủ (Client/Server) Sự phối kết hợp giữa Client và Server sẽ cho ra các loại WebGIS có các chức năng khác nhau:

- WebGIS thuần Server: Máy chủ (Server) sẽ đảm nhiệm tất cả các

công việc bao gồm lưu trữ và phân tích dữ liệu Tất cả các khách hàng (Client) sẽ sử dụng các dữ liệu hoặc các chức năng hiện có trên máy chủ và không được quyền thay đổi các thông tin này Người dùng đưa các nhu cầu về thông tin và phân tích lên Máy chủ thông qua web và máy chủ sẽ xử lý thông tin rồi trả lại thông tin cho người dùng Kiến trúc này thường áp dụng cho các trang WebGIS thương mại hoặc cộng đồng có số lượng người dùng lớn và không quan tâm đến khả năng xử lý GIS trên các máy của người dùng

- WebGIS thuần Client: Máy khách được cung cấp các chức năng để xử

lý các yêu cầu về GIS để giảm bớt công việc cho máy chủ Các chương trình con có chức năng xử lý GIS (GIS applet) sẽ được phân phối đến máy tính của người dùng theo 2 cách: phân phối khi có yêu cầu và phân phối hoặc cài đặt cố định ở máy khách

- WebGIS kết hợp Server và Client: 2 kiến trúc nêu trên đều có ưu và

nhược điểm Kiến trúc thuần Server sẽ chịu ảnh hưởng lớn của chất lượng đường truyền; kiến trúc thuần Clien lại phụ thuộc vào chất lượng của máy Client Từ đó giải pháp kết hợp Server và Client ra đời nhằm tận dụng các ưu điểm của 2 kiến trúc nêu trên Có thể kết hợp bằng cách dữ liệu lưu trên máy chủ, các chức năng xử lý đặt tại máy khách Cũng có thể kết hợp bằng cách máy chủ cung cấp các chức năng, dữ liệu lưu ở máy khách Hoặc cũng có thể kết hợp theo cách dữ

liệu và chức năng vừa lưu ở máy chủ, vừa cung cấp các chức năng xử lý đơn giản cho máy khách Phương án này có thể tối ưu hóa được khả năng xử lý và đáp ứng các nhu cầu đặc biệt của người dùng Thông thường các công việc đòi hỏi phải có dữ liệu lớn và tính toán phức tạp thì giao cho server xử lý; các công việc đòi hỏi người dùng có quyền điều khiển cao thì giao cho Client Giải pháp này đặc biệt hữu ích khi thỉnh thoảng Client mới cần liên lạc với Server để lấy dữ liệu

3.3.2.2. Phân loại theo kỹ thuật

- WebGIS thuần HTML: thuật ngữ “thuần HTML” dùng để chỉ những

trang WebGIS được tạo ra bằng cách sử dụng các khả năng của HTML (HyperText Markup Language – ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản), không dùng các phần mở rộng từ phía máy chủ (Server-side extensions) hoặc các mã nhúng (scripts) Các phần tử của nó chỉ sử dụng các liên kết đơn giản (simple link) và các hình ảnh Các chức năng của nó được thực hiện thông qua cấu trúc liên kết HTML chỉ cho phép dùng các hình ảnh dạng raster, vì vậy chỉ có những bản đồ raster mới được phân phối trên nó Ưu điểm của kỹ thuật này là: thứ nhất chỉ cần dùng các Server thấp để xử lý, vì Server ở đây làm việc như là một WebServer dùng phân phối các trang HTML và các hình ảnh Thứ hai, không cần phần mềm GIS nào chạy trong lúc thực thi các yêu cầu của người dùng Thứ ba, phía máy khách chỉ cần dùng trình duyệt Web chuẩn Nhược điểm: chỉ dùng cho các nhiệm vụ có cấu trúc đơn giản

- WebGIS có HTML với các chương trình thực thi trên Server: Trái

ngược với giải pháp “thuần HTML”, đây là giải pháp tạo ra một trang HTML WebGIS do một chương trình đang chạy trên Server, chương trình này có khả năng đáp ứng đầy đủ các yêu cầu Máy khách gửi một yêu cầu đến WebServer,

chương trình trên máy chủ sẽ nhận được yêu cầu này và tạo ra kết quả riêng, kết quả này có thể là một bản đồ (raster) hoặc là một trang HTML Các tham số có thể được gửi kèm đến chương trình, các tham số này được lấy từ các thành phần của trang HTML như textbox, combobox, radio button, Khi chuyển đến máy chủ, tọa độ của điểm click chuột trên bản đồ cũng được chuyển kèm theo Vì vậy các chương trình trên máy chủ sẽ xử lý các hành động tương ứng với tọa độ điểm click chuột Người dùng có thể phóng to, thu nhỏ, dịch chuyển hoặc thực hiện các hành động tại các điểm click chuột trên bản đồ một cách chính xác Kết nối giữa WebServer và các chương trình trả lời có thể thực hiện thông qua CGI (Common Gateway Interface) hoặc bất cứ giao diện nào được cung cấp mà giao tiếp được với WebServer

- WebGIS có các giải pháp dựa trên JAVA: Java là ngôn ngữ lập trình

hướng đối tượng, đa luồng, đa mục đích và thích hợp để tạo ra các ứng dụng cho Internet và các mạng phân tán phức hợp khác Những chương trình được tạo ra từ Java không quan tâm đến hệ máy của người dùng Mỗi kiểu máy tính và các hệ điều hành có phiên bản cụ thể gọi là máy ảo Java (Java Virtual Machine) Máy ảo Java giúp các trình bày chuyển đổi từ chương trình Java sang dạng mà các loại máy tính và hệ điều hành cụ thể đều hiểu được Quá trình chuyển đổi này hoàn toàn tự động và xuyên suốt đối với người dùng Như vậy các chương trình ứng dụng được viết từ ngôn ngữ Java sẽ vận hành được trên bất cứ các loại máy nào trang bị Java Virtual Machine Chương trình Java sẽ được tải về trình duyệt của máy khách khi cần thiết Chương trình Java (applets) sẽ khởi động và có thể yêu cầu dữ liệu cần thiết từ máy chủ Nói chung giải pháp dựa trên Java rất uyển chuyển bởi nó tránh được những giới hạn của HTML thuần Ưu điểm của việc dùng Java là công việc có thể thực thi trên máy khách mà không cần phải

truyền về máy chủ Nhược điểm là việc sử dụng Java để giải quyết công việc hiện nay trên mạng là rất chậm, một số ứng dụng Java không hoạt động sau bức tường lửa (firewall)

3.3.2.3. Phân loại theo dịch vụ

Theo Claus Rinner (Viện Địa tin học, Đại học tổng hợp Muenster, Đức) thì có 5 loại dịch vụ WebGIS sau:

- Geodata Server: Chỉ lưu trữ dữ liệu địa lý và cung cấp dữ liệu cho máy

khách khi có yêu cầu thông qua Internet Máy khách tải dữ liệu về và dùng các chương trình GIS trên máy khách để xử lý dữ liệu Ưu điểm của dịch vụ này là dữ liệu có sẵn mà không cần phải số hoá

- Map Server: Lưu trữ dữ liệu và cung cấp các bản đồ thông qua WWW,

kèm theo một số chức năng như Zoom, Pan và một số tham số như hiển thị lớp, lựa chọn màu sắc Ở đây máy chủ xử lý toàn bộ, máy khách chỉ hiển thị các bản đồ do máy chủ cung cấp

- Online Retrieval System: Phân phối các bản đồ chuyên đề và một số

hàm phân tích Khi sử dụng các hàm này, kết quả sẽ trả về cho máy khách, dữ liệu trả về ở đây là dữ liệu đã được phân tích

- Online GIS: Lớn hơn Online Retrieval System vì nó có khả năng thực

hiện các chức năng phân tích thực (real analysis functions) trên các tiến trình của dữ liệu đưa vào

- GIS Function Server: Giống như Online GIS nhưng chỉ khác là GIS

Function Server không chứa dữ liệu, nếu Online GIS chỉ trả về dữ liệu thì GIS Function Server trả về các chương trình phân tích nhỏ để máy khách có thể xử lý GIS Function Server cung cấp các chức năng GIS giải quyết trên dữ liệu do

người dùng Upload lên hoặc cung cấp các hàm phân tích cho máy khách download về Như vậy việc phân tích không gian không còn giới hạn ở việc dữ liệu lưu trên máy chủ

3.3.3 Kiến trúc WebGIS

Kiến trúc WebGIS dựa trên nền tảng kiến trúc của Web thông thường Hiện nay, tất cả các hệ thống Web đều sử dụng kiến trúc 3 tầng (3-tier):

Hình 3.3. Kiến trúc Web 3 tầng (three-tier)9

Bất cứ công nghệ WebGIS nào cũng phải thỏa mãn trước hết kiến trúc tier thông dụng của môt ứng dụng Web Tùy thuộc vào từng công nghệ riêng biệt của từng hãng mà chúng có khả năng phát triển, mở rộng thành kiến trúc đa tầng (n-tier) hay không Kiến trúc 3-tier được mô tả như sau :

3-Chúng gồm 3 thành phần cơ bản, đại diện cho 3 tầng :

9 Nguồn: OpenGeo Architecture (http://opengeo.org/publications/opengeo-architecture )

- Database (Data tier): là nơi lưu trữ các dữ liệu địa lý bao gồm cả các

dữ liệu không gian và phi không gian Các dữ liệu này được quản trị bởi các hệ quản trị cơ sở dữ liệu như ORACLE, Microsoft SQL SERVER, ESRI ArcSDE, PostgreSQL,… hoặc là các file dữ liệu dạng flat như shapefile, tab, XML,… Các dữ liệu này được thiết kế, cài đặt và xây dựng theo từng quy trình đặc thù của từng cá thể hay tổ chức Tùy theo quy mô và yêu cầu của hệ thống mà tổ chức chọn lựa công nghệ quản trị cơ sở dữ liệu cho phù hợp

- Application Server (Bussiness Tier): thường được tích hợp trong một

webserver nào đó, ví dụ như các webserver nổi tiếng như Tomcat, Apache, Internet Information Server Đó là một ứng dụng phía server nhiệm vụ chính của nó thường là tiếp nhận các request từ client, lấy dữ liệu từ cơ sở dữ liệu theo yêu cầu client, trình bày dữ liệu theo cấu hình định sẵn hoặc theo yêu cầu của client và trả (response) kết quả về theo yêu cầu Tùy theo dạng client mà kết quả về khác nhau: có thể là một hình ảnh dạng bimap (jpeg, gif, png) hay dạng vector được mã hóa như SVG, KML, GML,… Một khi dạng vector được trả về thì việc trình bày hình ảnh bản đồ được đảm nhiệm bởi Client (ta gọi đó là thick client), thậm chí client có thể xử lý một số bài toán về không gian Thông thường các response và request đều theo chuẩn HTTP POST hoặc GET Nếu theo công nghệ Web Service thì chúng có thể được mã hóa bằng các định dạng XML

- Client (Presentation tier): thông thường đơn thuần là một browser như

InternetExplorer, FireFox, Nescape,…để mở các trang web theo URL định sẵn Các ứng dụng cient có thể là 1 website, Applet, Flash,… được viết bằng các công nghệ chuẩn mà W3C đã chứng thực Các Client đôi khi cũng là một ứng dụng desktop tương tự như phần mềm MapInfo, ArcMap,…

Kiến trúc 3-tier là kiến trúc phổ cập nhất dành cho các ứng dụng web, tuy nhiên trong thực tế nhằm để giải quyết các vấn đề chúng ta đòi hỏi cần phải kết nối, trao đổi nhiều thành phần của hệ thống lại với nhau hoặc giữa các hệ thống lại với nhau để có thể đưa cho người sử dụng những thông tin hữu ích nhất có thể có Với nhu cầu đó kiến trúc 3-tier sẽ trở nên không linh hoạt và nặng nề trong vận hành Trong bối cảnh như vậy các kiến trúc n-tier sẽ được phát triển và mở rộng cho các hệ thống thông tin Kiến trúc n-tier thường được áp dụng trong các hệ thống phân tán Khái niệm phân tán ở đây không ám chỉ về mặt địa lý mà chỉ nói đến các hệ thống độc lập nhưng có khả năng kết hợp với nhau thành 1 hệ thống lớn hơn Tính phân tán của hệ thống có thể là phân tán các ứng dụng hoặc

cơ sở dữ liệu

Hình 3.4 Kiến trúc n-tier tương tác giữa client với các hệ thống10

10 Nguồn: [1], [15]

3.4 Tổ chức OGC và các chuẩn thực thi

3.4.1 Tổ chức Open Geospatial Consortium – OGC

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các WebGIS hiện nay thì việc phổ biến lợi ích của hệ thống thông tin địa lý đến rộng rãi mọi người trên thế giới và việc chia sẻ các cơ sở dữ liệu đã không còn là vấn đề khó khăn Sự ra đời của WebGIS đã khắc phục được những hạn chế mà GIS truyền thống mang lại như giá thành của cơ sở dữ liệu, chuyển đổi định dạng dữ liệu giữa các phần mềm, giá thành của phần mềm, vấn đề bản quyền và khả năng cập nhật của dữ liệu … Thế nhưng, càng sử dụng và khai thác WebGIS, chúng ta mới nhận thấy một điều rằng hầu như các WebGIS đều được xây dựng độc quyền bởi các hãng phần mềm hay các tổ chức khác nhau và dữ liệu được trình bày theo quan điểm riêng của họ Điều này có nghĩa là người sử dụng chỉ có thể truy cập vào từng server để lấy thông tin dữ liệu của chính server đó, và không thể tích hợp các dữ liệu từ các server khác nhau Vì vậy, yêu cầu về tính đồng vận hành (interoperability) được đặt ra

Hình 3.5 Khó khăn trong việc chia sẻ dữ liệu11

11 Nguồn: [1]