Mô hình dữ liêu Dan-vand và ứng dụng công nghệ Gis trong quản lý cấp nước

Mô hình dữ liêu Dan-vand và ứng dụng công nghệ Gis trong quản lý cấp nước

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN VIỆT HÙNG

MÔ HÌNH DỮ LIỆU DAN-VAND VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS TRONG QUẢN LÝ CẤP NƯỚC

Ngành: Công nghệ thông tin

Chuyên ngành: Hệ thống thông tin

Mã số: 1.01.10

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN HẢI CHÂU

Hà Nội- 2009

DANH MỤC TỪ VÀ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

STT Chữ viết tắt Diễn giải Tiếng Việt

1 GIS Geographic Information

Systems Hệ thống thông tin địa lý

2 UseCase Trường hợp sử dụng Trường hợp sử dụng

3 ESRI Environmental Systems

Research Institute Viện nghiên cứu môi trường

4 DEM Digital Elevation Model Mô hình độ cao số

6 HQTCSDL Hệ quản trị cơ sở dữ liệu Hệ quản trị cơ sở dữ liệu

7 DBMS Database Management Systems Hệ quản trị cơ sở dữ liệu

8 CNTT Công nghệ thông tin Công nghệ thông tin

10 WDMS Water Distribution Management

system

Hệ thống quản lý phân phối nước (sạch)

11 NSD Người sử dụng Người sử dụng

12 LAN Local Area NetWork Mạng cục bộ

13 LA Leakage Auditing Kiểm soát rò rỉ

14 PR Pipe Registration Đăng ký đường ống

15 PM Pressure Management Quản lý áp lực đồng hồ

16 MBM Meter and Billing system Quản lý đồng hồ và hóa đơn

17 CS Custommer Service Dịch vụ khách hàng

18 BM Burst Management Quản lý các điểm rò rỉ, thất

thoát

19 RP Rehabilitation Planning Kế hoạch bảo dưỡng

20 NRW Non Revenue Water Nước thất thoát

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU

Hình 1.1 Giao diện phần mềm WATSYS được mở trong phần mềm AutoCAD Hình 1.2 Bản đồ chuyên đề trên phần mềm WATSYS

Hình 1.3 Hiển thị thông tin đối tượng

Hình 1.4 Biểu đồ thời gian

Hình 1.5 ArcGIS là hệ thống phần mềm GIS đầy đủ

Hình 1.6 Cấu trúc ArcObjects

Hình 1.7 Sử dụng ArcGIS Engine gắn vào GIS trong ứng dụng

Hình 2.1 Mô hình quan hệ giữa đường ống(Pipe), điểm nối(Node )và thiết bị lắp đặt(Component)

Hình 2.2 Mối quan hệ giữa Mô hình, Công nghệ phần mềm và cơ sở dữ liệu cho

GIS

Hình 2.3 Miêu tả 2 lớp RESIDENCE và STREET

Hình 2.4 Thể hiện RESIDENCE là lớp con của BUILDING

Hình 2.5 Lớp cha BUILDING có nhiều lớp con: RESIDENCE, HOSPITAL, COMMERCIALBUILDING

Hình 2.6 Lớp con RESIDENCE có thể mở rộng thành các lớp con

RURALRESIDENCE và URBANRESIDENCE Hình 2.7 Lớp CITY được hợp tác bởi 3 lớp HOUSELOT, STREET, PARK Hình 2.8 Kế thừa của URBANRESIDENCE và RURALRESIDENCE với

Hình 2.11 Một ví dụ về GIS sử dụng đa kế thừa

Hình 2.12 Lớp BUILDING kế thừa thuộc tính không gian từ lớp cha

GEOMETRIC

Hình 2.13 Lớp BUILDING kế thừa nhiều thuộc tính từ các lớp cha của nó Hình 2.14 Dân số của một quốc gia được lấy từ dân số của các vùng

Hình 3.1 Mô hình kiến trúc tổng thể của WDMS

Hình 3.2 Cấu trúc cơ sở dữ liệu

Hình 3.3 Sơ đồ lắp đặt theo Mô hình Dan-Vand

Hình 3.4 Quy trình thu thập và xử lý dữ liệu

Hình 3.5 Giao diện ứng dụng hệ thống thông tin địa lý GIS

Hình 3.6 Sơ đồ tổ chức thực hiện tổng thể dự án WDMS

Hình 3.7 Sơ đồ tổ chức nhân sự thực hiện phát triển dự án WDMS

Hình 3.8 Biểu đồ hoạt động cập nhật đối tượng điểm nối

Hình 3.9 Biểu đồ UserCase đối với chức năng cập nhật đối tượng điểm nối Hình 3.10 Biểu đồ hoạt động chức năng cập nhật thiết bị cho điểm nối

Hình 3.11 Biểu đồ Usercase chức năng cập nhật thiết bị cho điểm nối

Hình 3.12 Biểu đồ hoạt động chức năng cập nhật đường ống

Hình 3.13 Biểu đồ UserCase chức năng cập nhật đường ống

Hình 3.14 Biểu đồ hoạt động chức năng cập nhật vùng cấp nước

Hình 3.15 Biểu đồ UserCase chức năng cập nhật vùng cấp nước

Hình 3.16 Biểu đồ hoạt động chức năng xem biểu đồ

Hình 3.17 Biểu đồ UserCase chức năng xem biểu đồ

Hình 3.18 Biểu đồ hoạt động chức năng xem bản đồ

Hình 3.19 Biểu đồ Usercase chức năng xem bản đồ

Hình 3.20 Biểu đồ hoạt động chức năng in ấn bản đồ

Hình 3.21 Biểu đồ usercase chức năng in ấn bản đồ

Hình 3.22 Biểu đồ hoạt động chức năng kiểm tra mạng lưới

Hình 3.23 Biểu đồ usercase chức năng kiểm tra mạng lưới

Hình 3.24 Giao diện màn hình chính của phần mềm WDMS

Hình 3.25 Giao diện của phân hệ Quản lý đường ống

Hình 3.26 Thanh công cụ thao tác với bản đồ

Hình 3.27 Thanh công cụ cập nhật dữ liệu

Hình 3.28 Một góc bản đồ có dữ liệu về vùng cấp nước, đường ống và điểm nối Hình 3.29 Truy vấn dữ liệu thuộc tính

Hình 3.30 Truy vấn dữ liệu không gian

Hình 3.31 Thiết lập màu sắc cho chức năng bản đồ chuyên đề

Hình 3.32 Bản đồ chuyên đề phân loại theo danh mục đường ống

Hình 3.33 Biểu đồ phân loại theo danh mục đường ống

Hình 3.34 Màn hình nhập dữ liệu thuộc tính cho điểm nối

Hình 3.35 Màn hình chọn và nhập dữ liệu thuộc tính cho thiết bị

Hình 3.36 Màn hình nhập dữ liệu thuộc tính cho đường ống

Hình 3.37 Hình ảnh của một đường ống sau khi đã tạo

Hình 3.38 Chức năng tạo cầu vồng cho đường ống (fly-over)

Hình 3.39 Chức năng kéo dài đường ống (Extend)

Hình 3.40 Chức năng cắt đường ống

Hình 3.41 Chức năng nối đường ống (Merge)

Hình 3.42 Chức năng chia cắt đường ống (split)

Hình 3.43 Chức năng tìm “ốc đảo” trong mạng đường ống (Network Island)

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 6

LỜI CẢM ƠN 7

MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH CẤP NƯỚC 9

1.1 Vai trò và tầm quan trọng của việc quản lý cấp nước 9

1.2 Các hệ thống quản lý cấp nước 10

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH CƠ SỞ DỮ LIỆU DAN-VAND VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG 22

1.1 Mô hình cơ sở dữ liệu DAN-VAND 22

1.2 Mô hình hướng đối tượng đối với cơ sở dữ liệu GIS 24

1.2.1 Giới thiệu 24

1.2.2 Mô hình cho hệ thống thông tin địa lý GIS 26

1.2.3 Cơ chế trừu tượng hướng đối tượng 28

1.2.4 Mô hình hóa trực quan 33

1.2.5 Tổng kết 41

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG GIS SỬ DỤNG ARCGIS TRÊN MÔ HÌNH DỮ LIỆU DAN-VAND TRONG QUẢN LÝ CẤP NƯỚC SẠCH 43

1.1 Đặt vấn đề 43

1.2 Khái niệm về đô thị và quá trình quy hoạch phát triển đô thị 43

1.3 Sự cần thiết khi ứng dụng công nghệ GIS trong công tác quản lý và quy hoạch 45

1.4 Mô tả ứng dụng 46

1.4.1 Đăng ký đường ống trong WDMS – Pipe Registration 48

1.4.2 Mục tiêu của Hệ thống đăng ký đường ống 49

1.4.3 Những yêu cầu chung 50

1.4.4 Yêu cầu về xây dựng cơ sở dữ liệu 51

1.4.5 Yêu cầu về ứng dụng nhân GIS 77

1.4.6 Bố trí nhân lực, tiến độ thực hiện dự án 80

1.4.7 Yêu cầu về chức năng nghiệp vụ 86

1.5 Kết quả thực hiện được 98

1.6 Kết quả thực tế của dự án WDMS áp dụng phân hệ Đăng ký đường ống 107

1.7 Định hướng phát triển của sản phẩm tại Việt Nam 108

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 109

TÀI LIỆU THAM KHẢO 110

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Những kết quả và các số liệu trong khoá luận chưa được ai công bố dưới bất cứ hình thức nào Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước nhà trường về sự cam đoan này!

Hà nội, ngày tháng năm 2009

Tác giả (chữ ký)

Nguyễn Việt Hùng

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này được hoàn thành ngoài nỗ lực hết sức của bản thân, trong quá trình làm việc tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của các thầy cô tại khoa Công nghệ Thông tin, Đại học Công Nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội

Xin chân thành gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo khoa Công nghệ Thông tin, Trường đại học Công Nghệ, đặc biệt là thầy giáo, Tiến sĩ Nguyễn Hải Châu, người trực tiếp hướng dẫn tôi

Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ban giám đốc công ty VIDAGIS – nơi tôi đang công tác, đặc biệt là Phó Tổng Giám đốc, Thạc sỹ Lê Phước Thành, đã tạo điều kiện tốt nhất về thời gian, cơ sở vật chất, kiến thức, chuyên gia trợ giúp trong quá trình thực hiện dự án, đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong thời gian tôi thực hiện đề tài này

Xin gửi lời cám ơn tới cha mẹ, bạn bè, đồng nghiệp và những người thân đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian qua

Luận văn thạc sĩ này được thực hiện trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu mang mã số QG.09.27, Đại học Quốc gia Hà Nội

MỞ ĐẦU

Hiện nay việc ứng dụng và triển khai các ứng dụng GIS vào trong quản lý để phục vụ cho đời sống xã hội đã và đang phát triển rất nhanh, điển hình là trong các lĩnh vực Giao thông liên lạc, Y Tế, Giáo dục, Lam Nghiệp, Nông nghiệp, Điện lực, Tài nguyên Môi trường, và đặc biệt là trong việc quản lý mạng lưới cấp nước sạch

Mục đích của đề tài là trình bày lại những kiến thức cơ bản đã được áp dụng để xây dựng thành công dự án phát triển phần mềm „Quản lý cấp nước sạch“ đang được sử dụng tại thành phố Seremban, Malaysia, nhằm tìm ra một hướng giải pháp để có thể mở rộng, khai thác năng lực của dự

án để có thể áp dụng được rộng rãi ở nhiều nơi, nhất là ở Việt Nam

Luận văn gồm 4 chương với bố cục như sau:

Chương 1: Tổng quan về mô hình cấp nước

Trình bày về vai trò và tầm quan trọng của việc quản lý cấp nước và một số mô hình cấp nước

Chương 2: Trình bày chi tiết về mô hình cơ sở dữ liệu cấp nước VAND và phương pháp phân tích thiết kế hướng đối tượng áp dụng

DAN-Chương 3: Trình bày chi tiết mô tả hệ thống phần mềm quản lý mạng lưới cấp nước sạch, sử dụng GIS trong việc đăng ký đường ống Trình bày kết quả thực tiễn thực hiện dự án, và định hướng phát triển mở rộng Chương 4: Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH CẤP NƯỚC 1.1 Vai trò và tầm quan trọng của việc quản lý cấp nước

Nước sạch và sử dụng nước sạch là nhu cầu thiết yếu của con người,

kể cả trong xã hội nguyên thủy đến xã hội hiện đại như ngày nay

Thử hình dung trong cuộc sống hàng ngày chúng ta bị thiếu nước sạch

để sinh hoạt thì điều gì sẽ sảy ra?

Nước sạch có thể được khai thác bằng các hình thức khác nhau, như giếng đào, giếng khoan, nước mưa nhưng ngày nay con người đã xây dựng được một mô hình mạng lưới cấp nước chung phục vụ cho một phạm vi địa bàn rộng lớn, và từ một nguồn khai thác, nước được xử lý để đảm bảo vệ sinh đủ tiêu chuẩn để đưa đến nới tiêu thụ

Trong cuộc sống của đô thị hiện đại, thì việc thiết kế và xây dựng một

hệ thống quản lý cấp nước cần phải đáp ứng được các yêu cầu về sự phát triển tăng lên một cách nhanh chóng của dân cư và hệ thống cơ sở hạ tầng

để làm sao trong một khoảng thời gian 40 đến 50 năm sau, hệ thống vẫn

có thể đáp ứng được một cách tối đa khả năng cung cấp nước sạch và không bị ảnh hưởng bới sự thay đổi của kết cấu cơ sở hạ tầng

Để làm được điều đó thì trước hết cần phải có sự trợ giúp đắc lực của công nghệ Ngày nay công nghệ có thể làm thay đổi cả thế giới, có vai trò quan trọng trong việc hoạch định các chính sách của hệ thống chính quyền

Một đô thị hiện tại được đánh giá là văn minh thì một trong các tiêu chí để đánh giá là đô thị đó phải có hệ thống phân phối nước sạch tốt, đáp ứng được nhu cầu sinh hoạt của người dân và phục vụ cho các lĩnh vực khác, hệ thống nước sạch có vai trò rất quan trọng đối với các lĩnh vực của đời sống văn hóa xã hội của người dân, thể hiện những nỗ lực trong quản lý của các cấp chính quyền

Để làm được việc đó thì cần phải có một bộ máy chuyên trách đảm nhiệm việc quản lý hệ thống cấp nước, đảm bảo duy trì hệ thống hoạt động từ việc lắp đặt hệ thống bơm dẫn, tích trữ, xây lắp mạng lưới dẫn nước, các điểm xử lý và đưa nước sạch vào các hộ dân, quản lý hệ thống hóa đơn, đồng hồ, duy tu, bảo dưỡng hệ thống, quản lý tài sản Tất cả những công đoạn đó được gọi là quản lý cấp nước

Ở Thụy Điển, nước và các dịch vụ công cộng theo quy định được quản lý bởi các đô thị Khi các công trình cấp nước đô thị bắt đầu được xây dựng vào cuối thế kỷ 19, nó thể hiện sự quyết tâm và cam kết của chính quyền thành phố Ngay cả các cộng đồng nhỏ ở các vùng nông

thôn cũng đều có các công trình cấp nước công cộng của chính họ Chỉ các công ty công nghiệp lớn được cấp phép khai thác nước mặt hoặc nước ngầm cho các công trình cấp nước riêng của họ

Trong những năm 90 của thế kỷ trước, có hơn 2 nghìn công trình cấp nước và 67 nghìn km đường ống cấp nước của các thành phố, cung cấp cho 7,7 triệu người tiêu dùng hay 90% dân số với nước sạch chất lượng cao Lượng nước tiêu thụ cao nhất vào cuối những năm 1960, khi có tới

800 triệu mét khối nước đã được sử dụng hàng năm Việc rò rỉ trong hệ thống đường ống được ước tính bằng khoảng 20% Ngày nay lượng nước tiêu thụ vào khoảng 730 triệu mét khối, tính ra mỗi gia đình tiêu thụ khoảng 200 lít/ người/ngày

Theo thống kê, năm 2004 trên thế giới có khoảng 3,5 tỉ người đang sử dụng nước sạch từ các vòi nước hay nguồn nước công cộng của các nhà máy cấp nước 1,3 tỉ người sử dụng nước từ các nguồ giếng khoan, giếng đào Một tỉ người sử dụng nước từ các nguồn thiên nhiên như sông, suối,

Các hoạt động trong việc quản lý cấp nước gồm có:

- Đảm bảo chất lượng nước được xử lý

- Thiết kế mạng lưới đường ống cấp nước và các thành phần được lắp đặt và phân tích nhu cầu sử dụng trong hệ thống

- Quản lý lưu lượng và áp lực cho mạng lưới đường ống

- Phát hiện và xử lý kịp thời các điểm rò rỉ

- Chống thất thoát trong hệ thống

- Quản lý hệ thống đồng hồ, hóa đơn

- Thay thế, bảo dưỡng hệ thống mạng lưới đường ống

Sau đây là một số hệ thống quản lý cấp nước hiện có trên thị trường:

Hệ thống WATSYS

Hệ thống WATSYS được cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ phát triển, với hạt nhân cơ bản là EPANET

WATSYS sẽ giúp người dùng phân tích, thiết kế và quản lý hệ thống cấp nước Đó là một hệ thống thông tin đồ họa (GIS) cho các cơ sở hạ tầng nước

Phần mềm này mô phỏng các tình huống để xác định và sửa chữa thiếu sót trong một hệ thống phân phối hiện có, mở rộng hệ thống để đáp ứng nhu cầu trong tương lai, hoặc để dự đoán năng suất của hệ thống trong trường hợp khẩn cấp như trục trặc máy bơm, sự hỏng hóc, trang thiết bị trục trặc hoặc cháy nổ Nó có thể được sử dụng để mô phỏng ở thời gian cao điểm và thời điểm sử dụng thấp WATSYS cũng có thể thực hiện phân tích chất lượng nước bao gồm việc phân rã clo, phân phối florua, tìm nguồn nước và đo tuổi của nước Các mô hình để thấy rõ hơn

về sự chuyển động và biến đổi của nước đã được xử lý

Các thành phần của hệ thống này bao gồm:

1 Kết nối đến phần mềm AutoCAD

Các phiên bản AutoCAD R14.01, 2000, 2002, 2004

WATSYS chạy độc lập, nhưng nếu kết hợp với phần mềm AutoCAD các phiên bản R14.01, 2000, 2002, 2004 thì có thể kết nối với nhau để làm việc WATSYS sẽ hiện lên một thanh công cụ để người sử dụng có thể chọn, hoặc xác định vị trí chỉnh sửa các thành phần trong hệ thống cấp nước Các sơ đồ chính được tạo ra từ các bản vẽ được tô bằng các mã màu cho các lớp đối tượng chồng xếp

Hình 1.1: Giao diện phần mềm WATSYS được mở trong phần mềm AutoCAD

Trên thanh công cụ này, người sử dụng có thể:

- Thêm các điểm nối (Nodes), các đường ống (Pipes), sửa hoặc xem dữ liệu của mình

- Xác định vị trí các điểm nối và đường ống trên các bảng biểu hoặc trên „Key-plans“ bằng cách lựa chọn chúng trên bản đồ

- Tạo các bản đồ chuyên đề với các thông tin bên trong như: Chèn các dòng văn bản, tô màu các đối tượng, đặt kích thước và biểu tượng các đối tượng, các tiều đề, mô tả người sử dụng sơ đồ dòng chảy được gán nhãn trên các đường ống, các điểm nối, áp suất đường ống, đường kính đường ống, dòng chảy, sự giảm /mất mát và vận tốc dòng chảy

- Đặt biểu tượng cho các đối tượng Điểm nối, các đường ống có các điểm nối mà van đóng, van đang kiểm tra, hay van điều khiển, máy bơm và hồ chứa

2 Làm việc trên các sơ đồ

- Chọn vào vị trí của các điểm nối hay các đường ống để hiển thị thông tin hoặc sửa đổi thông tin của đối tượng đó trên các bảng biểu hay sơ đồ hoặc các bản vẽ AutoCAD

- Dựa vào các ô nhãn hiện lên trên màn hình để hiện thông tin do người dùng chọn khi di chuột lên các điểm nối hoặc đường ống

- Nháy đúp chuột lên các điểm nối hoặc đường ống để sửa đổi thông tin thuộc tính cho đối tượng

- Có khả năng phóng to/thu nhỏ, sao chép, lưu, in sơ đồ

- Chèn các dòng văn bản hay chú giải lên sơ đồ

- Các đường ống thể hiện bán kính của từng đối tượng tương ứng

- Màu sắc của các đường ống thể hiện các thông tin chính của người dùng

- Có thể xem được các biểu đồ thời gian nếu nháy chuột lên các điểm nối hay đường ống

- Có thể nhìn thấy được áp lực đường ống, vận tốc, chất lượng nước, tuổi nước bằng sự biến đổi màu sắc trên các đường ống

Hình 1.2: Bản đồ chuyên đề trên phần mềm WATSYS

3 Mô hình cấp nước trong hệ thống WATSYS

- Dễ dàng chuyển đổi giữa phương pháp phân tích khoảng thời gian và các phương pháp phân tích khác:

o Trạng thái ổn định

o Mở rộng khoảng thời gian

o Chất lượng nước:

ƒ Nơi tập trung hóa chất

ƒ Tuổi của nước

ƒ Lưu vết của nguồn cấp nước

o Các trạm bơm cung cấp nước

o Các hồ chứa như thùng hoặc các mức thủy lực cố định

o Điều khiển Valve theo các mức hoặc theo dòng chảy

o Mở và đóng đường ống bằng cách sử dụng thiết bị chuyển mạch

o Tình trạng đường ống bao gồm các trạng thái: Mở-Open, Đóng -Closed, hoặc Valve kiểm tra (check valve)

o Tìm kiếm hoặc sắp xếp các điểm nối và đường ống, chọn để

in ấn

o Tạo độ dài đường ống từ hệ thống tọa độ

o Kích thước đường ống phân cách tỷ lệ với hệ số gồ ghề của đường ống

o Điều chỉnh hệ số gồ ghề với kích thước ống, chất liệu đường ống, tuổi, vận tốc dòng chảy

Hình 1.3: Hiển thị thông tin đối tượng

Với mô hình như vậy, việc phân tích dòng chảy và ghi lại sự thay đổi của dòng chảy theo thời gian của WATSYS được thể hiện như hình dưới đây:

Hình 1.4: Biểu đồ thời gian

4 Quản lý kho đường ống

Phục vụ cho công tác duy tu bảo dưỡng hệ thống, ghi chép các mã màu sẽ giúp người quản lý có thể ưu tiên hóa công việc Công việc bao gồm:

- Ngày kiểm tra và ngày lắp đặt

- Ghi chú kiểm tra

- Do không sử dụng hệ thông tin địa lý, nên không có cơ sở dữ liệu GIS về các đối tượng trong hệ thống phân phối nước Mô hình cấp nước được mô tả không có thiết kế chi tiết các bảng dữ liệu, không chỉ ra được mối quan hệ giữa các đối tượng trên bản đồ

- Hệ thống chuyên sâu về phân tích mức độ tiêu thụ, nhu cầu sử dụng (Demand) và tính toán đo áp lực đường ống, từ đó hiển thị thành các sơ đồ và biểu đồ

- Hệ thống chưa đề cập được các giải pháp để chống rò rỉ, kênh thông tin khách hàng, chưa cho phép tạo các bản vẽ thiết kế trên bản đồ, và đặc biệt không thể hỗ trợ chức năng phân tích không gian trên bản đồ để phục vụ cho mục đích cấp nước

Hệ thống quản lý phân phối nước sạch WDMS do VIDAGIS phát triển

Mục tiêu của hệ thống WDMS:

Mục tiêu chính của hệ thống WDMS là quản lý việc phân phối nước sạch, trong đó chủ yếu là chống rò rỉ, và sử dụng hạt nhân là mô hình dữ liệu DAN-VAND

Các chức năng chính trong hệ thống bao gồm các module sau:

- Pipe Registration - Đăng ký đường ống

- Leakage Auditing – Theo dõi và kiểm soát sự thất thoát nước

- Pressure Management – Quản lý áp lực đường ống

- Meter and Billing management – Quản lý hóa đơn và đồng hồ

- Burst management – Quản lý các điểm rò rỉ

- Customer Service – Dịch vụ thông tin phản hồi của khách hàng

- Rehabilitation Planning – Kế hoạch bảo trì, bảo dưỡng, nâng cấp

- Report management – Các báo cáo phục vụ cho việc quản lý và theo dõi hệ thống

- Administrator – Quản lý người sử dụng và ngôn ngữ, an toàn CSDL

- Calculation Service - Tính toán số liệu tổng hợp cho toàn hệ thống

Hệ thống WDMS do VidaGIS phát triển dựa trên các thành phần sau:

- Mô hình cấp nước: Trong WDMS, mô hình cấp nước sử dụng hoàn toàn mô hình DAN-VAND, sẽ được mô tả chi tiết trong chương 2 của luận văn này

- Cơ sở dữ liệu của WDMS là CSDL GIS, sử dụng phần mềm ArcGIS của hãng ESRI (www.esri.com), tích hợp vào một hệ quản trị CSDL

- Hệ quản trị Cơ sở dữ liệu trong WDMS sử dụng HQTCSDL SQL Server của hãng Microsoft

- Nền tảng để phát triển: Trên ngôn ngữ C# và DotNet FrameWork của Microsoft

Công nghệ nền tảng để phát triển phần mềm WDMS là sử dụng công nghệ GIS của hãng ESRI, có tên là ArcGIS, sau đây là một số thông tin về công nghệ GIS hiện nay đang có trên thị trường:

1 Công nghệ MapInfo

MapInfo: là phần mềm bản đồ đang được sử dụng rất rộng rãi trên thị

trường Việt Nam Một điểm mạnh của MapInfo là khả năng hiển thị, giàn trang in rất tiện lợi và đây là một trong những ưu thế của MapInfo so với các phần mềm GIS khác Giải pháp desktop của MapInfo tương đối nhỏ

gọn nên MapInfo đang được chiếm ưu thế lớn ở Việt Nam, nhất là đối

với những nơi tiếp cận GIS sớm, quy mô nhỏ

Ngoài các giải pháp desktop, MapInfo còn có các giải pháp mạng,

Web Tuy nhiên cũng như các giải pháp mạng và Web của các hãng khác

hiện đang ít được sử dụng trên thị trường Việt Nam, vì trên thực tế thị

trường này cũng mới làm quen với chúng

Những đặc điểm chính của MapInfo gồm:

• Chạy trên các hệ điều hành: UNIX, Windows

• Hỗ trợ các thiết bị: Bàn số, máy quét ảnh, chuột, các máy vẽ

• Các chức năng chính: Tạo vùng đệm, phân tích bản đồ, phân tích

mạng

• Hệ quản trị cơ sở dữ liệu: dBase, cơ sở dữ liệu bên trong

• Cấu trúc dữ liệu: Non-topological Vector, dữ liệu thuộc tính, dữ

liệu bảng biểu

• Đơn giản, dễ sử dụng

• Phù hợp với mô hình quy mô nhỏ

• Khả năng tạo lập bản đồ chuyên đề mạnh và phong phú (hơn hẳn

các phần mềm GIS khác)

• Khả năng giàn trang in và in rất thuận lợi

• Khả năng giao tiếp với các phần mềm GIS khác tốt

• Cấu trúc format file mở hỗ trợ cho việc phát triển các ứng dụng

Mỹ Sản phẩm nổi tiếng của hãng là bộ sản phẩm ArcGIS đang dần trở

thành công cụ GIS được sử dụng nhiều nhất trên thế giới bởi những tính

năng rất mạnh của nó trong việc xử lý dữ liệu không gian

Ra đời từ rất sớm nhưng thực sự phải đến cuối những năm 90, sản

phẩm ArcGIS mới thực sự du nhập vào Việt Nam, mà hiện nay sản phẩm

mới nhất của nó là ArcGIS 9x ra đời vào cuối năm 2004

Với những thế mạnh của nó như vậy, hiện nay ở Việt Nam, việc sử

dụng và khai thác những thế mạnh của ArcGIS đang được các bộ, ban,

ngành, và các địa phương sử dụng rộng rãi cho mục đích phát triển kinh

tế xã hội và nghiên cứu Và trong một tương lai không xa, nó sẽ dẫn thay thế các sản phẩm về GIS khác

Đầu tiên, dữ liệu được biên soạn thành đối tượng ứng dụng, mất rất nhiều thời gian cho công việc tạo cơ sở dữ liệu GIS và tri thức về địa lý Dần dần, các chuyên gia GIS đã bắt đầu sử dụng và khai thác những tập hợp tri thức có được trong nhiều các ứng dụng GIS Người sử dụng ứng dụng sáng kiến ra trạm làm việc GIS để tạo ra các tập dữ liệu địa lý

(geographic dataset), xây dựng luồng công việc cho dữ liệu, biên dịch,

quản lý chất lượng, bản quyền bản đồ và các mô hình phân tích và các tài liệu liên quan Đó là điều kiện để GIS sử dụng cùng với trạm làm việc chuyên nghiệp để kết nối với dataset và database Trạm làm việc bao gồm các ứng dụng GIS, sự cải tiến các công cụ của GIS đã được sử dụng để hoàn thành hầu hết các thao tác GIS

Khái niệm của phần mềm GIS đã được chứng minh rộng rãi bởi các chuyên gia GIS trong gần 200 nghìn tổ chức trên khắp thế giới Ngoại trừ một vài ý tưởng của GIS trong mô hình máy tính hiện đại clien/server đã rất thành công thì càng ngày tầm nhìn của GIS càng được mở rộng Gần đây, sự phát triển của máy tính, sự bùng nổ của Internet, tiến bộ của kỹ thuật DBMS, ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng, sự lan rộng của GIS

đã làm mở rộng thêm tầm nhìn cho GIS Trong điều kiện GIS desktops, GIS software tập trung trong Application servers và Web servers để phân phát GIS tới một số người sử dụng trên mạng

Người sử dụng GIS kết nối tới trung tâm GIS chủ như Web browsers với thiết bị máy tính di động, thiết bị số

Sơ đồ dưới sẽ chỉ ra các sản phẩm GIS trong dòng sản phẩm ArcGIS

Hình 1.5:ArcGIS là hệ thống phần mềm GIS đầy đủ

ArcGIS cung cấp scalable framework cho việc thực thi GIS cho một hoặc nhiều người sử dụng trên PC, trên server hay Web ArcGIS là tập hợp đồng nhất của sản phẩm phần mềm GIS cho việc xây dựng GIS hoàn chỉnh Nó bao gồm một số frameworks cho việc triển khai GIS:

• ArcGIS Desktop - là một bộ phận của chương trình GIS chuyên nghiệp

• ArcGIS Engine - Gắn các thành phần cho việc xây dựng các ứng dụng GIS cho khách hàng

• Server GIS - ArcSDE®, ArcIMS®, ArcGIS Server

• Mobile GIS - ArcPad® giống như ArcGIS Desktop and ArcGIS Engine cho máy PC

ArcGIS là cơ sở cho ArcObjects™, thư viện modul chương trình để chia sẻ với thành phần của phần mềm GIS

ArcObjects bao gồm các thành phần chương trình mở rộng, các đối tượng nhỏ như đối tượng hình học tới đối tượng lớn như đối tượng bản

đồ cùng với tài liệu ArcMap

Mỗi sản phẩm ArcGIS cùng với ArcObject biểu diễn sự phát triển ứng dụng phân mềm GIS bao gồm: desktop GIS (ArcGIS Desktop), embedded GIS (ArcGIS Engine) và server GIS (ArcGIS Server)

Hình 1.6: Cấu trúc ArcObjects ArcGISEngine:

GIS có thể lựa chọn thành phần ứng dụng để phân phát các hàm GIS tới một vài nơi trong một tổ chức Điều này cho phép truy cập tới các hàm của GIS bởi một vài người, những người cần tính năng của ứng dụng GIS trong công việc thường ngày của họ ArcGIS Engine cung cấp một dãy giao diện người sử dụng Ví dụ như: Map Control và lobe Control, chúng có thể được sử dụng để tương tác với bản đồ Cùng với ArcGIS Engine, người phát triển có thể xây dựng các hàm GIS sử dụng C++, Component Object Model (COM), NET, or Java Người phát triển

có thể xây dựng các ứng dụng cùng với ArcGIS Engine hoặc gắn vào GIS những ứng dụng đã tồn tại như Microsoft® Word hoặc Excel

Hình 1.7: Sử dụng ArcGIS Engine gắn vào GIS trong ứng dụng

ArcGIS Engine là ví dụ về môi trường lập trình ứng dụng cho ArcObjects ArcGIS Engine Developer Kit là sản phẩm riêng biệt cung cấp chuỗi các biểu đồ thành phần ArcGIS sử dụng bên ngoài ArcGIS Desktop trong môi trường ứng dụng Framework Sử dụng ArcGIS Engine Developer Kit phát triển xây dựng khung nhìn GIS cùng với giao diện để truy nhập các chức năng của GIS hoặc có thể gắn vào GIS các ứng dụng đã có để triển khai GIS tới nhóm người sử dụng ArcGIS Engine có COM, NET, Java, và C++ (API)

ArcGIS Engine là thư viện đầy đủ các thành phần GIS cho việc xây dựng, phát triển ứng dụng Sử dụng ArcGIS Engine, bạn có thể đưa các chức năng GIS vào ứng dụng gồm Microsoft® Office, Word, Excel Cùng với Windows, Solaris, Linux (Intel), người phát triển có thể tạo

ra các ứng dụng truy cập chéo (cross-platform) cho người sử dụng trên một phạm vi rộng

ArcGIS Engine có năm thành phần chính:

1 Base Services – GIS ArcObjects đòi hỏi hầu hết ứng dụng GIS những đặc trưng hình học và cách hiển thị

2 Data Access-ArcGIS Engine cung cấp sự đa dạng về định dạng vector và raster

3 Map Presentation-ArcObjects tạo và hiển thị nhãn, biểu tượng

4 Developer Components-High điều khiển giao diện người sử dụng cho phát triển ứng dụng và trợ giúp hệ thống cho việc hoàn thiện ứng dụng

5 Extensions-ArcGIS Engine Runtime triển khai cùng với chức năng chuẩn hoặc cùng với điều kiện mở rộng cho các chức năng nâng cao

Các công nghệ khác

Ngoài 2 công nghệ phổ biến đã được nêu ở trên, để phát triển và ứng dụng công nghệ GIS trong các lĩnh vực đời sống xã hội còn rất nhiều các công nghệ ứng dụng khác như sau:

• DolGIS.- Sản phẩm của DolSoft ra đời năm 1991

Xuất phát từ xu hướng công nghệ, những điểm mạnh trong từng dòng sản phầm, hệ thống WDMS đã được lựa chọn và phát triển trên nền tảng ArcGIS

Và cũng xuất phát từ những thế mạnh trong việc quản lý, xử lý, lưu trữ dữ liệu, sự đơn giản khi sử dụng, và giao diện phần mềm thân thiện, phần mềm WDMS có đầy đủ các chức năng mà các phần mềm khác trước đó đã phát triển, đồng thời còn có thêm nhiều tính năng khác nữa

mà trong khuôn khổ của luận văn này không thể liệt kê ra được Do vậy tác giả đã chọn mô hình cấp nước DAN-VAND và phần mềm WDMS, trong đó có module „Đăng ký đường ống“ để trình bày trong luận văn

CHƯƠNG 2

MÔ HÌNH CƠ SỞ DỮ LIỆU DAN-VAND VÀ PHƯƠNG PHÁP

PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG

1.1 Mô hình cơ sở dữ liệu DAN-VAND

Xuất phát từ kinh nghiệm làm việc từ các dự án cấp thoát nước tại các quốc gia Đan Mạch, Thái Lan, Trung Quốc, Philipines và Việt Nam, công ty WaterTech (nay đổi tên thành công ty Alectia Aqua) đã phát triển thành mô hình Cơ sở dữ liệu cho cấp nước với tên gọi DAN-VAND, được hiệp hội cấp thoát nước Đan Mạch (Danish Water & Sewerage association) công nhận năm 2004, lấy tên từ tiếng Đan Mạch

Các quy tắc trong mô hình cơ sở dữ liệu DAN-VAND là cơ sở cho các thao tác quản lý trong hoạt động cấp nước DAN-VAND đơn thuần là một mô hình dữ liệu về chuẩn hệ thống đăng ký đường ống nước được sử dụng ở Đan Mạch và hiện đang được ứng dụng vào quản lý cấp nước tại Malaysia

Một trong những mục đích chính của mô hình DAN-VAND là tạo ra một chuẩn thống nhất cho liên kết và trao đổi dữ liệu Việc trao đổi dữ liệu này cũng phải phù hợp với hệ thống không hỗ trợ GIS Chính vì vậy,

sẽ có các trường dữ liệu về tọa độ và trường để lưu các đối tượng hình học trong các bảng dữ liệu Dữ liệu hình học được mô tả trong đó là các điểm nối (Nodes) và các đường ống dẫn nước (Pipes)

Có 3 thành phần cơ bản nhất trong mô hình dữ liệu DAN-VAND gồm

có những đối tượng sau:

• Đường ống dẫn nước (Pipes)

• Các điểm nối (Nodes) của các ống nước

• Các thiết bị (Components) được gắn trên các điểm nối, như van khóa-mở nước(valve), đồng hồ đo nước (meter), các mối nối, các điểm lắp đặt, bơm tăng - giảm áp…

Quan hệ hình học giữa các đối tượng:

Đường ống Điểm nối

1 - 1

Hình 2.1: Mô hình quan hệ giữa đường ống(Pipe), điểm nối(Node )và thiết bị lắp

đặt(Component)

Các thiết bị (Components) gắn với các điểm nối và nằm trên các đường ống Các điểm nối có thể cắt ở giữa các đường ống và chúng có thể là các điểm nút của đường ống Một hay nhiều thiết bị (components)

có thể gắn với một điểm nối Các thiết bị phức tạp (Complex components) có thể được gắn vào như các thiết bị thông thường khác

Cơ sở dữ liệu chứa chứa các bảng dữ liệu, các bảng đối tượng trong

đó có một tập các giá trị được định nghĩa trước (pre-defined) và không được phép thay đổi bởi người sử dụng hay người quản trị hệ thống Các bảng chứa các trường dữ liệu cơ bản (mandatory fields), phải là các trường bắt buộc và một số trường khác (voluntary fields)

Trong tài liệu đặc tả về mô hình DAN-VAND mô tả các bảng dữ liệu của các đối tượng được dùng trong hệ thống, quy định cách thức đặt tên trường dữ liệu, kiểu dữ liệu, độ rộng và mối liên hệ giữa các đối tượng Mỗi một bảng dữ liệu về một thành phần là các quy tắc để kiểm tra về mặt hình học (topology check) và danh sách các đối tượng mà nó liên kết Chi tiết của các đối tượng và mô tả sẽ được làm rõ trong mục 1.13.4.3.1 ở chương 3: Mô tả chi tiết thiết kế các lớp dữ liệu trong CSDL nghiệp vụ

Một số thành phần mở rộng của mô hình DAN-VAND được sử dụng trong hệ thống đăng ký và quản lý hệ thống cấp nước:

- Các điểm rò rỉ (Bursts), các điểm khách hàng phàn nàn (complaints),

và dữ liệu phục hồi - để bảo dưỡng hệ thống (rehabilitation data) không nằm trong mô hình DAN-VAND Nhưng nó vẫn được xây dựng trong hệ thống đăng ký và quản lý hệ thống cấp nước

- Ngoài ra, trong hệ thống đăng ký và quản lý hệ thống cấp nước cho phép người đăng ký quan sát các đối tượng điểm, đối tượng đường thẳng nằm trên một đường ống và các đối tượng vùng

- Trong mô hình DAN-VAND, tất cả mọi sự thay đổi trong CSDL phải được lưu lại Điều đó có nghĩa là có một trường “physical status” để lưu lại trạng thái của đối tượng

- Nếu một đường ống được chia cắt thành hai vì lý do nào đó, thì đối tượng ban đầu phải được lưu giữ trong CSDL với trường thuộc tính 'Historic' = True Sau đó đối tượng ban đầu này sẽ bị giấu đi

Ngoài ra còn có những thành phần khác hỗ trợ cho việc quản lý, đó là các vùng (Zones) cấp nước

Mô hình dữ liệu DAN-VAND cũng quy định về sự liên hệ và ràng buộc giữa các thành phần trong mô hình, cụ thể là các thành phần được

gắn trên các điểm nối của ống nước sẽ quy định cụ thể về số lượng đầu ống được phép nối với thành phần này, do vậy khi hệ thống tự kiểm tra thì sẽ phát hiện được sai sót trong hệ thống

Trong phân hệ Đăng ký đường ống, chỉ làm việc với các đối tượng: Điểm nối, Đường ống, thiết bị, vùng cấp nước, do vậy trong phần phân tích CSDL của hệ thống chỉ mô tả các lớp đối tượng phục vụ cho phân hệ Đăng ký đường ống

1.2 Mô hình hướng đối tượng đối với cơ sở dữ liệu GIS

1.2.1 Giới thiệu

Các hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu (DBMS) đóng một vai trò trọng tâm trong Hệ thống thông tin địa lý Chúng đã giải phóng các nhà thiết kế GIS khỏi việc xây dựng và duy trì một bộ phận trọng yếu và phức tạp trong hệ thống phần mềm rộng lớn (Frank 1988a) DBMS đã trở thành một công cụ được chấp nhận rộng rãi trong việc lưu trữ dữ liệu theo định dạng cho phép nhiều người truy cập đồng thời, ngăn chặn mất mát dữ liệu, cũng như cung cấp các chức năng bảo mật khi truy cập (Codd 1982) Với việc sử dụng một hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu, lập trình viên và người sử dụng cuối cùng không cần tiến hành tất cả các thao tác của quản

lý dữ liệu thứ cấp Theo quan điểm của một lập trình viên, dữ liệu được miêu tả bởi những đặc tính riêng mang tính logic của chúng chứ không phải cấu trúc tự nhiên nơi chúng được lưu trữ Chẳng hạn, người sử dụng

cơ sở dữ liệu có thể truy vấn đối tượng “thành phố Orono” bằng cách cung cấp tên “Orono” như một đặc tính của một đối tượng thuộc lớp

“thành phố” mà chẳng cần có kiến thức gì về địa điểm cất trữ file chứa bản ghi cụ thể hay các chi tiết về phương thức truy cập DBMS như là một hệ thống con của GIS có thể được thay thế bởi một sản phẩm khác có cùng mô hình, miễn là các giao diện tương thích với nhau

Từ nhiều năm qua, các nhà khoa học về máy vi tính đã nghiên cứu thiết kế và việc ứng dụng DBMS và hiện nay một vài hệ thống thương mại đã trở nên sẵn có Chúng thường dựa trên một trong các mẫu dữ liệu

cổ điển – có thứ bậc (Tsichritzis và Lochovsky 1977), mạng (CODASYL 1971), hoặc quan hệ (Codd 1982) – hoặc các mẫu phái sinh của chúng Trong vài năm trở lại đây, các hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu quan hệ thương mại đã trở nên khá phổ biến, các sản phẩm như Oracle hay Ingres được sử dụng rộng rãi ở nhiều nơi Chúng được xây dựng dựa trên mô hình quan hệ, mô hình này tổ chức dữ liệu thành các bảng hoặc các mối quan hệ (Codd 1970) Các cột trong bảng được gọi là các thuộc tính và tất cả các giá trị trong một thuộc tính là các nhân tố của một miền chung

miêu tả tập hợp của tất cả các giá trị có thể Còn các hàng được tham chiếu đến như các bản ghi, các tuples hoặc các phân tử quan hệ (Ullman 1982)

Trong khi các hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu quan hệ phù hợp và thành công đối với các ứng dụng cho các dữ liệu có cấu trúc yếu như các tài khoản ngân hàng và các hồ sơ cá nhân thì tình hình lại hoàn toàn đảo ngược đối với các dữ liệu có cấu trúc phức tạp Các hệ thống thông tin địa lý làm nhiệm vụ tích hợp dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau vào một

hệ thống đồng nhất thì cần phải có các mô hình dữ liệu mạnh mẽ và linh hoạt nhằm phục vụ được nhiều nhiệm vụ hơn Chúng bao gồm:

• Cách giải quyết phức tạp của thế giới hình học thực (Frank and Kuhn 1986; Greene and Yao1986; Herring 1987; Egenhofer et al 1989; Milenkovic 1989;)

• Trình bày cùng một loại dữ liệu từ nhiều cung bậc khái niệm khác nhau về độ phân giải và chi tiết (Bruegger 1989; van Oosterom 1990; Buttenfield and McMaster 1991);

• Quản trị nguồn gốc và các phiên bản của đối tượng (Sernadas 1980; Snodgrass 1987; Langran 1989; Al-Taha and Barrera 1990); và

• Sự kết hợp của các hệ thống đo lường ở nhiều độ phân giải và độ chính xác khác nhau (Davis 1986; Buyong et al 1991)

Các văn bản về GIS (Morehouse 1990; Frank and Mark 1991) thường chỉ ra sự khác biệt giữa các hệ thống coi mỗi đối tượng như một thực thể riêng biệt với các hệ thống raster Các hệ thống raster lại lưu trữ việc phân phối các đặc tính trong không gian (Tomlin 1990)

Do mô hình dữ liệu quan hệ tỏ ra không phù hợp với những khái niệm

tự nhiên từ trước tới nay của con người về dữ liệu không gian, người sử dụng phải tự chuyển đổi các mô hình mental sang một tập hợp giới hạn các khái niệm mang tính chất phi không gian Ví dụ, do tập hợp này áp đặt quá nhiều giới hạn như các quy tắc tiêu chuẩn hóa hóa (Codd 1972) nên các đối tượng không gian buộc phải chia nhỏ ra thành những bộ phận nhỏ hơn (Nyerges 1980; Frank 1988a)

Gần đây một vài nhánh trong số những đề tài nghiên cứu khoa học máy tính (như trí thông minh nhân tạo, kỹ sư phần mềm, hệ thống quản

lý cơ sở dữ liệu, tương tác giữa người - máy) đã xúc tiến phương thức tiếp cận hướng đối tượng:

• Các mô hình hướng đối tượng đã được phát triển để thu được nhiều ngữ nghĩa hơn mẫu quan hệ (Brodie et al 1984; Peckham and Maryanski 1988)

• Giao diện với người sử dụng hướng đối tượng giúp hệ thống trở nên thân thiên và dễ sử dụng hơn (Schmucker 1986)

• Các hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu hướng đối tượng đã được nghiên cứu một cách tỉ mỉ để có thể cung cấp các tính năng tương ứng cho việc lưu trữ và phục hồi các đối tượng phức tạp (Zdonik and Maier 1990)

• Các kỹ thuật phần mềm hướng đối tượng và các ngôn ngữ lập trình đã được phát triển để hỗ trợ cho việc ứng dụng các hệ thống phần mềm chúng ta đã thiết kế theo cách tiếp cận hướng đối tượng Chúng cho phép ứng dụng ngay lập tức các khái niệm đối tượng hơn là việc tái tạo chúng bằng những ngôn ngữ lập trình truyền thống (Stroustrup 1986; Meyer 1988)

1.2.2 Mô hình cho hệ thống thông tin địa lý GIS

Các hệ thống thông tin địa lý có chức năng như kho chứa đựng những quan sát của con người về các đối tượng có quan hệ không gian và các đặc tính của chúng Để tập trung vào các vấn đề này, con người đã xây dựng các mô hình nhận thức của các đối tượng thực và tiến hành đơn giản hóa chúng, sử dụng kỹ thuật trừu tượng hóa cho tới khi chỉ còn lại những thành phần trọng yếu nhất Các mô hình nhận thức như hoặc được liên lạc một cách không chính thức bằng cách sử dụng ngôn ngữ tự nhiên, hoặc nằm trong một hệ thống dựa trên một mô hình trừu tượng chính thức của thực thể

Các nhà thí nghiệm quan sát thấy rằng các khái niệm cơ bản con người sử dụng đã được hình thành từ giai đoạn đầu trong cuộc đời con người như những kinh nghiệm có được từ chính những trải nghiệm của

cơ thể (Johnson 1987) Điều này xảy ra ở tất cả mọi người, bởi về cơ bản chúng đều được sinh ra từ các chức năng sinh lý học của cơ thể Mô hình biến đổi là sự miêu tả khái quát hóa một tình huống (Ellis et al 1990) (ví dụ: “một người sở hữu một ngôi nhà” tương phản với mô hình cụ thể

“Ông A sở hữu ngôi nhà tại số 56 đường Nguyễn Chí Thanh”) Cơ chế trừu tượng hóa sẵn có trong mô hình dữ liệu quyết định các mô hình biến đổi và mô hình cụ thể có thể được sử dụng, và từ đó quyết định khả năng diễn đạt của GIS Nếu cơ chế trừu tượng hóa không đầy đủ, mô hình biến đổi của thực tế sẽ trở nên không tương thích và việc tham chiếu từ khái niệm của người sử dụng về hoạt động đối tượng vào mô hình GIS sẽ gặp nhiều trở ngại và rất khó hiểu Điều này sẽ khiến cho GIS trở nên khó sử dụng

Hình 2.2: Mối quan hệ giữa Mô hình, Công nghệ phần mềm và cơ sở dữ liệu cho GIS

1.2.2.1 Các mô hình dữ liệu và cơ chế trừu tượng hóa

Một bộ phận quan trọng trong các chức năng xây dựng – mô hình được phát triển từ mô hình dữ liệu cho hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu trong GIS Một mô hình dữ liệu là một tập hợp của:

• Các loại cấu trúc dữ liệu

• Các quy tắc thực hành hoặc suy diễn

• Ràng buộc toàn vẹn dữ liệu

Nó cung cấp các công cụ, chẳng hạn như các ngôn ngữ sẵn có, để mô

tả mô hình biến đổi của cơ sở dữ liệu (Date 1986) Các ví dụ về mô hình

dữ liệu có thể tìm thấy là mô hình quan hệ (Codd 1970), Mô hình – Quan

hệ - Thực thể (Chen 1976) và mô hình hướng – đối tượng (Manola and Dayal 1986;Bancilhon et al 1988)

Mô hình dữ liệu của hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu phải thiết lập cơ

sở cho các cơ chế trừu tượng hóa, những cơ chế cũng được đưa vào ngôn ngữ lập trình và môi trường phần mềm; do đó công nghệ phần mềm phải cung cấp cho người sử dụng những công cụ để ứng dụng các cơ chế trừu tượng hóa vào ngôn ngữ lập trình Ví dụ, nếu một mô hình yêu cầu một

cơ chế để thiết lập các đối tượng có thể bao hàm các đối tượng khác thì ngôn ngữ lập trình sử dụng trong trường hợp này cần đưa ra một phác đồ

để tập hợp tất cả các nhân tố mà là một bộ phận của một nhân tố khác Sự thiếu hụt các phác đồ thích hợp trong ngôn ngữ lập trình thường dẫn tới việc giả lập khiến cho các hệ thống phần mềm trở nên phức tạp và khó duy trì

Việc một hệ thống thông tin được thiết kế sử dụng một mô hình – quan hệ - đối tượng (Chen 1976), rồi được bổ sung vào một ngôn ngữ lập trình tương tự - Algol (như Pascal hay C), và được mở rộng để truy cập vào một hệ thống quản lý dữ liệu quan hệ thông qua một ngôn ngữ truy vấn nhúng như SQL nhúng hay Quel nhúng được coi là chuẩn mực Sự bất tương thích xuất hiện tại mỗi giao diện giữa hai tập hợp công cụ là do tồn tại các mô hình khác nhau cho việc trình bày thông tin Các chức

năng quan trọng của một nhân tố phải thường xuyên được mô phỏng trong một nhân tố khác Những mô phỏng này khiến tính hiệu quả bị giảm xuống và dẫn tới sự thiếu nhất quán giữa việc thiết kế, triển khai và thực thi Kết quả là sản phẩm, dựa trên một mẫu thiết kế rời rạc, đã tiêu tốn một cách thái quá các nguồn lực và rất khó để duy trì

1.2.2.2 Mô hình hướng đối tượng

Ý tưởng cơ bản về định hướng đối tượng xuất phát từ việc quan sát thấy thế giới thường được coi là một tập hợp bao hàm các đối tượng tương tác lẫn nhau theo nhiều cách khác nhau Tương tác giữa các đối tượng có thể được nhìn nhận như một lệnh, hay thông điệp, được gửi tới một đối tượng – bằng lời nói hoặc bằng một số hành động, ví dụ như các tác động cơ học Dựa trên các hoạt động thông thường được ứng dụng vào trong đối tượng – hoặc lệnh mà chúng phản hồi – chúng được nhóm lại thành các lớp Ban đầu khái niệm này được giới thiệu trong lĩnh vực lập trình như một bộ phận của ngôn ngữ mô phỏng SIMULA (Dahl and Nygaard 1966) Càng gần đây chúng càng trở nên phổ biến và được thừa nhận rộng rãi

Trong công nghệ phần mềm, hướng đối tượng đã trở thành phương pháp thiết kế hàng đầu cho việc tạo mô hình đối tượng giống như những

gì con người quan sát được từ thực tế Không giống như các phương pháp tiếp cận được sử dụng trước đây, phương pháp này kết hợp việc tạo mô hình cấu trúc và các hoạt động hành vi của đối tượng Trừu tượng hóa trước tiên tạo mô hình cho họat động, trong khi các phương pháp được sử dụng cho việc thiết kế giản đồ cơ sở dữ liệu tập trung vào cấu trúc của thực thể

Phương pháp hướng đối tượng tỏ ra hoàn toàn phù hợp với khái niệm toán học về đa tương thích hoặc đại số không đồng nhất Đứng trên quan điểm này, miêu tả của một đối tượng bao gồm tên cho loại của nó, một tập hợp các hoạt động thích hợp cho các đối tượng loại này, và một tập hợp các tiên đề định nghĩa các hành vi của hoạt động… ví dụ như tiên đề định nghĩa hành vi của một hoạt động dưới dạng các hoạt động khác

1.2.3 Cơ chế trừu tượng hướng đối tượng

Trong phần này chúng ta sẽ được giới thiệu về các khái niệm về các đối tượng và các công cụ trừu tượng hiện có đối với các đối tượng đó theo phương pháp tổng hợp của Dittrich’s (1986) Định hướng đối tượng

có thể được định nghĩa như sau:

Bất cứ một thực thể nào không phụ thuộc vào bất cứ một cấu trúc hoặc một phức thể nào đều có thể được thể hiện chính xác bởi một đối tượng

Việc phân tích nhân tạo thành các phần đơn giản hơn do những hạn chế của kỹ thuật là không cần thiết và được gọi là định hướng cấu trúc của đối tượng Bản thân các loại dữ liệu phức tạp tạo nên mẫu các đối tượng rộng hơn ví dụ như toàn bộ cả thành phố với toàn bộ các thông tin chi tiết về các đường phố, nhà cửa…thì không thể khắc phục được những vấn đề về cấu trúc dữ liệu, và chỉ bằng cách kết hợp các loại đối tượng phức tạp với các hoạt động trong phạm vi của nó mới có thể cho ta một cái nhìn cụ thể về đối tượng đó Yếu tố thứ 2 của định hướng đối tượng này được gọi là:

Định hướng đối tượng toán tử và đòi hỏi khả năng xác định các đối tượng phức tạp mà không thông qua việc phân tích các đối tượng đó thành các đối tượng đơn giản khác

Một khái niệm về trạng thái hành vi hướng đối tượng cho rằng:

Một hệ thống cho phép các đối tượng trong nó được đánh giá và chỉnh sửa chỉ thông qua các hoạt động cụ thể đối với một loại đối tượng nhất định

Mẫu dữ liệu định hướng đối tượng được xây dựng dựa trên 4 định nghĩa cơ bản về khái niệm trừu tượng là (Brodie et al 1984): phân loại, tổng quát hóa, kết hợp và hợp tác

1.2.3.1 Phân loại

Phân loại là việc tạo lập bản đồ đối với một số đối tượng(khoảng cách) vào một nhóm chung Từ “đối tượng” được dùng cho một sự kiện riêng lẻ của dữ liệu (được minh họa bằng một ví dụ cụ thể) mô tả một đối tượng nào đó có những đặc tính riêng và có hành vi có thể quan sát trực quan Thuật ngữ loại hình đối tượng, sự phân loại, các kiểu dữ liệu trừu tượng hay các mẫu chỉ đến các loại đối tượng phụ thuộc vào từng văn cảnh Trong cách tiếp cận định hướng đối tượng, đối với mỗi đối tượng, chỉ tồn tại ít nhất 1 nhóm tương ứng, nói cách khác, mỗi một đối tượng là một ví dụ điển hình của một nhóm, do đó, sự phân loại thường được nói đến như là một ví dụ của mối quan hệ qua lại

Một loại cụ thể mô tả hành vi của mỗi ví dụ thuộc loại đó bằng cách chỉ ra những toán tử chung có thể thao tác bằng tay những đối tượng đó (O’Brien et al 1986) Những phép tính này chỉ là phương tiện để tính toán các toán hạng đó Tất cả các đối tượng đối với cùng 1 lớp đều được

mô tả bởi những đặc tính giống nhau và chúng có cùng các phép toán như nhau:

Hình 2.3: Miêu tả 2 lớp RESIDENCE và STREET

Dựa trên các đặc tính giá trị, người ta phân biệt các đối tượng thuộc cùng một lớp Đặc tính giá trị miêu tả các đặc điểm riêng biệt của mỗi đối lượng Ví dụ, 2 LANDPARCELS có thể được phân biệt bởi địa chỉ, các giá trị khác nhau của vùng, hoặc là LandUseTypes

1.2.3.2 Tổng quá hóa

Tổng quát hóa – khác biệt hoàn toàn với từ đồng nghĩa được sử dụng trong khoa nghiên cứu bản– là việc nhóm một số lớp đối tượng có nhiều đặc điểm hoạt động chung vào các lớp cha mang tính tổng quát hơn(Dahl and Nygaard 1966; Smith and Smith 1977b; Goldberg and Robson 1983) Thuật ngữ lớp cha (superclass) là đặc trưng của phương thức nhóm các đối tượng này và ám chỉ tới các loại đối tượng được ràng buộc với nhau bởi mối quan hệ là một Mối quan hệ nghịch đảo của các lớp cha, tức các lớp con, miêu tả sự chia nhỏ các lớp cha Thông thường thuật ngữ “bố mẹ” và “con cái” cũng được sử dụng thay thế cho “Lớp cha” và “lớp con” Mặc dù thuật ngữ này rất hữu ích trong việc miêu tả sự phụ thuộc của lớp con vào lớp cha nhưng nó lại không chính xác xét trên phương diện trừu tượng, bởi mối quan hệ giữa cha mẹ và con cái không phải là một mối quan hệ 1-1 Lớp con và lớp cha là các khái niệm trừu tượng cho cùng loại đối tượng và không dùng để miêu tả 2 đối tượng khác nhau Chẳng hạn, mỗi NHÀ Ở (residence) là một NHÀ CỬA (building) thì NHÀ Ở là một lớp con của NHÀ CỬA, còn NHÀ CỬA là lớp cha của NHÀ Ở Nhà có địa chỉ tại “số 26 phố Grove” là một ví dụ đồng thời thuộc lớp NHÀ Ở và lớp cha là NHÀ CỬA

Hình 2.4: Thể hiện RESIDENCE là lớp con của BUILDING

Hai thuộc tính của tổng quát hóa được đề cập chi tiết hơn dưới đây:

Một lớp cha có nhiều lớp con: Ví dụ, ngoài NHÀ Ở, NHÀ CỬA còn bao gồm nhiều loại khác như BỆNH VIỆN hay TÒA NHÀ THƯƠNG MẠI

Hình 2.5: Lớp cha BUILDING có nhiều lớp con: RESIDENCE, HOSPITAL,

COMMERCIALBUILDING

Trừu tượng hóa có thể có số lượng các mức bất kỳ, trong đó một lớp con đóng vai trò là lớp cao hơn so với một lớp khác cụ thể hơn Ví dụ, quá trình trừu tượng hóa từ Tòa nhà đến Nơi ở có thể được mở rộng thành các lớp nhỏ hơn như NHÀ Ở THÀNH THỊ và NHÀ Ở NÔNG THÔN

Hình 2.6: Lớp con RESIDENCE có thể mở rộng thành các lớp con RURALRESIDENCE và

URBANRESIDENCE

1.2.3.3 Kết hợp

Kết hợp là việc liên kết 2 hoặc nhiều đối tượng độc lập và mối liên hệ giữa các đối tượng được coi là một tập hợp đối tượng ở mức cao hơn (Brodie 1984) Thuật ngữ tập hợp được dùng để miêu tả sự kết hợp, và các đối tượng kết hợp với nhau được gọi là các thành viên Do đó, cơ chế trừu tượng hóa này được đề cập tới như một thành - viên – của mối liên

hệ, nhưng cũng thường được gọi là gom nhóm hoặc phân chia Một ví dụ cho mối liên hệ trong lĩnh vực GIS là hàng xóm (neighborhood) – có liên quan với nhau qua đất đai, bởi đất đai của họ ở sát ngay cạnh nhau

Những chi tiết riêng biệt về mỗi đối tượng thành viên bị triệt tiêu, còn các đặc tính của tập hợp đối tượng thì được nhấn mạnh Có trường hợp một tập hợp đối tượng có thể được phân chia thành nhiều tập hợp đối tượng thành viên nhỏ hơn Hoạt động trên các tập hợp thường là các hoạt động mang tính lặp lại đối tất cả cá thành viên Việc áp dụng sự lặp đi lặp lại này có thể dành cho mỗi cấu trúc/cơ cấu VÒNG LẶP, giống những gì chúng ta thấy trong một số ngôn ngữ lập trình hiện đại như CLU (Liskov

Mối quan hệ tạo ra bởi tính hợp tác thường được gọi là một bộ phận của mối liên hệ bởi các trường hợp liên kết là các bộ phận của hợp tác; mối liên hệ nghịch đảo với là-bộ-phận được gọi là bao-hàm Ví dụ, một THÀNH PHỐ có thể được coi là mẫu hợp tác của NHÀ ĐẤT, ĐƯỜNG PHỐ VÀ CÔNG VIÊN – tất cả đều là các bộ-phận-của THÀNH PHỐ, và ngược lại, một THÀNH PHỐ bao-hàm chúng

Hình 2.7: Lớp CITY được hợp tác bởi 3 lớp HOUSELOT, STREET, PARK

1.2.4 Mô hình hóa trực quan

Trong vài năm gần đây đã có rất nhiều tác phẩm viết về đề tài định hướng đối tượng và các đề xuất ban đầu về sự nghi thức hóa của các đối tượng có kết cấu phức tạp (Batory and Buchmann 1984) đã được phát triển lên thành các miêu tả chi tiết về các công cụ để mô hình hóa hoạt động của các đối tượng Do vẫn còn tồn tại sự bất đồng giữa các nhà nghiên cứu về chi tiết của một số khái niệm trong lĩnh vực mô hình hóa định hướng-đối tượng nên phần này chỉ cố gắng tập hợp các ý tưởng chủ đạo về việc nâng cao mô hình về mặt ngữ nghĩa với các khái niệm chủ yếu của việc kế thừa và lan truyền Mô hình đầu tiên mô tả sự chia nhánh các thực thể trong hệ thống tổng quát hóa trong khi mô hình thứ hai đề cập tới vấn đề giá trị trong hệ thống liên kết Đôi khi việc nhân giống cũng được gọi là kế thừa theo hướng đi lên, tuy nhiên cần hiểu rằng chúng là hai khái niệm hoàn toàn khác nhau và cần phải được phân biệt

Việc thực hiện một hoạt động chung cho một vài lớp có thể là rất khó cho mỗi lớp, nhưng lớp cha buộc phải có các đặc tính chung Ví dụ, tọa

độ hai-chiều và ba-chiều đều đại diện cho ĐIỂM Từ lớp cha này, cả 2 lớp con là ĐIỂM 2 CHIỀU và ĐIỂM 2 CHIỀU đều kế thừa các hoạt động như tính toán khoảng cách và hướng giữa 2 điểm Các hoạt động này được thực hiện khác nhau, tuy nhiên quan sát từ bên ngoài có thể thấy chúng hành động giống nhau nhìn từ giác độ khoảng cách và hướng

Đối với đại số học, một lớp cha là một điểm giao nhau của các tiên đề của tất cả các lớp con, hay ngược lại, một lớp con bao gồm tất cả các tiên

đề của lớp cha cộng thêm một vài đặc điểm riêng của nó Để duy trì tính đơn giản như trên, cần loại trừ trường hợp một lớp con chỉ kế thừa một số

bộ phận của hoạt động lớp cha đưa ra Nếu không thì những quy tắc phức tạp cho các trường hợp ngoại lệ phải được áp dụng

1.2.4.1.1 Đơn kế thừa

Kế thừa có thể hoàn toàn theo thứ tự, do đó nó thường được đề cập tới như đơn kế thừa Đơn kế thừa đòi hỏi bất kỳ lớp nào cũng chỉ có nhiều nhất một lớp cha trực tiếp Sự hạn chế này có nghĩa rằng mỗi lớp con chỉ thuộc về một nhóm kế thừa đơn lẻ và rằng một lớp không thể thuộc về nhiều nhóm kế thừa khác nhau Ví dụ sau đây cho thấy sự kế thừa cùng với kế thừa tổng quát hóa (Hình 7) NHÀ Ở là lớp cha chung, còn NHÀ

Ở THÀNH THỊ và NHÀ Ở NÔNG THÔN là các lớp con cụ thể Tất cả đặc tính và hoạt động của lớp NHÀ Ở được 2 lớp con của nó kế thừa Ví

dụ, khách trọ và nhà nghỉ đều liên kết với lớp NHÀ Ở và kế thừa từ NHÀ

Ở THÀNH THỊ và NHÀ Ở NÔNG THÔN Mặt khác, các hoạt động được xác định cụ thể cho lớp con không thích hợp cho các đối tượng của lớp cha Chẳng hạn, điểm-đỗ-tàu-điện-ngầm-kế-tiếp là một đặc tính chỉ phù hợp cho lớp con đó mà thôi

Hình 2.8: Kế thừa của URBANRESIDENCE và RURALRESIDENCE với RESIDENCE

Đặc tính chuyển giao của kế thừa nhằm ám chỉ rằng bất cứ đặc tính nào cũng phải được thông qua không chỉ từ lớp cha đến các lớp con trực tiếp của nó mà còn đến cả các lớp con cấp thấp hơn… Ví dụ, các đặc tính của NHÀ CỬA như địa chỉ và chủ sở hữu được kế thừa từ lớp con NHÀ

Ở và cũng được chuyển giao đến các lớp con cấp 2 là NHÀ Ở THÀNH THỊ và NHÀ Ở NÔNG THÔN

Hình 2.9: Thuộc tính địa chỉ được kế thừa từ lớp BUILDING xuống các lớp con của nó

1.2.4.1.2 Đa kế thừa

Cấu trúc của một kế thừa trực tiếp là một hình mẫu lý tưởng và thường không thể áp dụng được vào thực tế Hầu hết các “hierarchies” đều có một số ngoại lệ non-hierarchical, ở đó một lớp con có nhiều hơn một lớp cha đơn lẻ và trực tiếp Do vậy, hierarchies thuần nhất không phải luôn luôn là một cấu trúc thích hợp đối với kế thừa Thay vào đó, khái niệm về đa kế thừa cho phép một kế thừa chuyển các đặc tính từ một

số lớp ở bậc cao hơn vào một lớp Cấu trúc này không phải là hierarchical, bởi xét về mặt quan hệ cha mẹ – con cái thì một đứa trẻ có thể có đến vài cha mẹ Ở trường hợp đơn giản nhất của đa kế thừa, một lớp con kế thừa các đặc tính từ 2 lớp cha khác nhau Ví dụ như một LANDPARCEL có các vai trò khác biệt: một TAXABLEITEM hay một REALSTATEOBJECT

Hinh 2.10: Lớp LANDPARCEL được đa kế thừa từ lớp TAXABLEITEM và

và sông suối tạo thành một hierarchy thứ hai, trong đó 2 loại sông suối được phân biệt: NAVIGABLERIVERS and UNNAVIGABLERIVERS Các lớp có đặc tính từ cả 2 hierarchies là KÊNH ĐÀO (tức các mắt xích vận tải nhân tạo và các WATERBODIES) và NAVIGABLERIVERS (bao gồm các sông hồ và các mắt xích vận tải tự nhiên) Chúng ta không thể so sánh 2 hierarchies này với nhau bởi một WATERBODY không nhất thiết phải là một mắt xích vận tải, và ngược lại, không phải tất cả các mắt xích vận tải đều là một WATERBODY Tuy nhiên 2 hierarchies đều

có các phân lớp chung, bởi kênh đào vừa là WATERBODIES và các mắt xích vận tải nhân tạo, còn NAVIGABLERIVERS vừa là sông suối vừa là mắt xích vận tải tự nhiên Các lớp khác như đường cao tốc hay ao hồ thì chỉ thuộc về một hierarchy đơn liên kết trong giản đồ này mà thôi

Hình 2.11: Một ví dụ về GIS sử dụng đa kế thừa

Các xung đột liên quan đến vấn đề định danh hoặc kế thừa đã thu hút được rất nhiều sự chú ý trong thời gian qua Nếu một lớp có vài liên lớp,

nó có thể kế thừa nhiều hoạt động riêng biệt đồng âm (cùng 1 tên) nhưng lại mang nhiều ý nghĩa khác nhau Ví dụ như một mảnh đất vừa mang giá trị như một bất động sản, vừa mang giá trị là một đối tượng chịu thuế Cả

2 giá trị đều dựa trên những đánh giá khác nhau và được sử dụng cho những mục đích khác nhau Trong đơn kế thừa tồn tại một quy tắc đơn giản để giải quyết những xung đột về định danh: ưu tiên cho phương thức

cụ thể nhất (ví dụ như phương thức có mối liên hệ với liên lớp chi tiết nhất) Sự lựa chọn này không nhất thiết phải bắt buộc đối với hình mẫu, tuy nhiên chí ít đó cũng là một quy tắc đơn giản và nhất quán Đối với đa

kế thừa, không tồn tại những quy tắc đơn giản đó Thông thường, xung đột được giải quyết bằng việc xác định những quy tắc ưu tiên cho các phương thức theo thứ tự chúng được sắp xếp trong định nghĩa dữ liệu Tuy nhiên điều này không được coi là một giải pháp hợp lý cho giá trị MẢNH ĐẤT DO 2 định danh đó miêu tả 2 đặc tính khác nhau nên cần phải phân biệt chúng bằng cách gắn cho mỗi định danh đó một định danh lớp, ví dụ như REALESTATEOBJECT.value và TAXABLEITEM.value

1.2.4.1.3 Kế thừa cho mô hình hệ thống thông tin địa lý

Thông thường, một GIS chứa đựng nhiều lớp cụ thể các đối tượng như CITIES, RIVERS, ROADS, BUILDINGS, HOUSEOWNERS,

PARCELS, SOILS và các phân lớp riêng biệt của chúng Một số hoạt động nhất định được liên kết tới mỗi lớp Ví dụ, chủ đất bán đất, một con đường mới được mở, hay một tòa nhà bị đổ… Một vài hoạt động trong số này là khá quen thuộc, chẳng hạn hoạt động xác định rằng mọi thành phố nằm trong một hạt hay mọi tòa nhà của một thành phố đều có thể được hiểu như là hoạt động hình học bên trong Hoạt động nhận biết và miêu tả các đối tượng có các hoạt động chung tạo thành một trong những mục đích của mô hình khái niệm, công cụ cho phép mô hình của người sử dụng trong thế giới mini của chúng được ứng dụng với sự rườm rà được giảm thiểu ở mức tối đa

Một bộ phận của mô hình ứng dụng là việc xác định một tập hợp các lớp như là sự trừu tượng hóa các đối tượng có các đặc tính chung Đối với mỗi lớp, các hoạt động và các mối liên hệ phù hợp phải được xác định Ví dụ, lớp NHÀ CỬA có hoạt động onParcel cho phép kiểm tra liệu một tòa nhà có nằm trong một khu đất nào đó hay không Bởi khái niệm bên trong được áp dụng cho nhiều đối tượng, chẳng hạn như THÀNH PHỐ đối với HẠT

Kế thừa là một phương thức hiệu quả để tạo mô hình như những tình huống trong GIS, chính thức hóa cấu trúc và các đặc điểm của lớp đối tượng Nhờ việc định nghĩa một liên lớp chung cho mỗi khái niệm cụ thể, các đặc tính chung có thể được định nghĩa trong một lớp cấp cao đơn nhất và kế thừa đến các lớp trong ứng dụng GIS Ví dụ, liên lớp HÌNH HỌC định nghĩa hình học với các đặc điểm như vị trí, mối quan hệ không gian như lân cận, giao nhau, khoảng cách, định hướng… Một lớp trong

mô hình người sử dụng có thể được định nghĩa như một phân lớp của hình học, kế thừa toàn bộ các đặc tính này Ví dụ, lớp NHÀ ĐẤT là một đối tượng KHÔNG GIAN NHÀ ĐẤT có thể được miêu tả như một phân lớp của HÌNH HỌC và kế thừa tất cả các đặc tính của không gian Chúng

ta cũng có thể định nghĩa các đặc tính khác theo cách tương tự Chẳng gian, các đặc tính cơ sở dữ liệu như tính bền bỉ, đa truy cập, điều khiển giao dịch có thể kế thừa từ một liên lớp Persistent Do đó các hoạt động

cơ sở dữ liệu chung như lưu trữ, xóa, truy vấn hay chỉnh sửa được xác định cho lớp PERSISTENT và được chuyển đến các lớp đối tượng cụ thể Nếu lớp BUILDING là một lớp PERSISTENT thì các Building sẽ có thể được lưu trữ, xóa, truy vấn hay chỉnh sửa

Hình 2.12: Lớp BUILDING kế thừa thuộc tính không gian từ lớp cha GEOMETRIC

Hiển nhiên là mô hình kiểu này đòi hỏi quy trình đa kế thừa Một lớp

có thể có nhiều đặc tính khác nhau được kế thừa Các đặc tính quan trọng của GIS là PERSISTENT cung cấp cơ sở dữ liệu, GEOMETRIC kế thừa các khái niệm hình học chung, GRAPHICAL cung cấp các phương pháp hiển thị đồ họa, và TEMPORAL đối với sự miêu tả lịch sử dữ liệu Ví dụ, nhà cửa với các khái niệm về hình học, địa lý và cơ sở dữ liệu có thể được mô hình hóa bằng cách tạo ra lớp Nhà cửa với các đặc tính như địa chỉ và chủ sở hữu, rồi kế thừa các đặc tính về Geometric, Graphical, and Persistent từ các liên lớp tương ứng

Hinh 2.13: Lớp BUILDING kế thừa nhiều thuộc tính từ các lớp cha của nó

1.2.4.2 Sự lan truyền

Những đối tượng phức tạp thường không tồn tại cô lập và có một số biến đặc trưng khác mà những biến đó phụ thuộc vào biến của những đối tượng Chẳng hạn như, trong quá trình tập hợp các hạt để tạo thành một thực thể lớn hơn, đối tượng hỗn hợp phụ thuộc vào biến của các thuộc tính của thành phần cấu tạo nên nó Sự phụ thuộc này có ý nghĩa và để đảm bảo sự độ đặc và tính thống nhất toàn vẹn, việc sắp xếp chúng đúng

thứ tự là hết sức quan trọng Tất nhiên, một đối tượng hỗn hợp có thể có những biến đặc thù và độc lập so với các biến của các thành phần cấu thành Đối lập với các cách sắp xếp không liên kết mấy mà đòi hỏi sự lưu trữ dư thừa của những biến như vậy, mô hình hướng đối tượng cho phép các đối tượng có những đặc tính với các giá trị mà phụ mà phụ thuộc vào những biến của các đối tượng khác và tạo sự phụ thuộc mãi mãi Cách thức gắn kết như thế là phổ biến hơn, vì nó tạo ra tính toàn vẹn bằng sự cưỡng ép Những biến có nguồn gốc như vậy thường miêu tả đặc tính thống kê hay hình học Đặc biệt là ở GIS, một lượng lớn biến mặc định ở một cấp độ của sự trừu tượng phụ thuộc vào các biến của mức độ khác

và phải có nguồn gốc từ những biến mặc định đó Khi kết hợp các dữ liệu từng vùng và từng địa phương, khái niệm sắp xếp dữ kiện ở các mức độ phân giải phải được sử dụng để tạo ra sự gắn kết giữa các biến phụ thuộc Chẳng hạn như, dân cư một khu dân cư phụ thuộc vào

Hình 2.14: Dân số của một quốc gia được lấy từ dân số của các vùng

Trong khi sự kế thừa thể hiện các đặc tính của phân lớp (các loại và các hoạt động), sự truyền bá miêu tả cách thức một biến của đặc tính của một loại bắt nguồn từ các đặc tính của loại khác như thế nào (Egenhofer and Frank 19986) Ý niệm truyền bá (phổ biến) thỉnh thoảng được dùng cho làm mô hình các hành vi của hoạt động như là copy, phá huỷ, in, lưu lại, đối với các đối tượng hỗn hợp và các hoạt động này truyền cho các thành phần cấu tạo nên nó (Rumbaugh 1988), và độ gắn kết của hành động (Ellis et al.1990) Tại đây, sự phổ biến miêu tả sự phụ thuộc theo hướng đảo chiều - từ các bộ phận cấu thành tạo nên đối tượng hỗn hợp Các định nghĩa chính thức về sự phổ biến, thể hiện được sự khác nhau giữa di truyền và phổ biến, đã được đưa ra dưới dạng (Egenhofer và Frank 1989; Êgenhofer và Frank 1990) và cũng là một phần của đại số học tổng hợp dành cho đối tượng phức tạp (Shaw and Zdonik 1989, Beeri and Kornatzky 1990) Có thể có nhiều cách để suy luận ra một biến, một biến có thể được ghi lại rõ ràng và thậm chí nếu nó có thể sinh ra từ các biến khác Có thể cần thiết để giải quyết sự khác biệt và các lỗi do sự dư thừa như thế, chẳng hạn như bằng việc đánh giá chất lượng của những kết quả khác nhau