tìm hiểu về công nghệ webgis và ứng dụng

Khả năng tạo lập bản đồ động giúp người dùng có thể lựa chọn và loại bỏbất cứ các thành phần nào trên bản đồ nhằm phân tích một cách nhanh chóng cácnhân tố khác biệt ảnh hưởng đến mô hìn

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 2

Chương 1: Lý thuyết cơ sở 3

1.1 Hệ thống thông tin địa lý 3

1.1.1 Các khái niệm cơ bản về GIS 3

1.1.1.1 Khái niệm GIS 3

1.1.1.2 Các thành phần của GIS 4

1.1.2 Các nhiệm vụ của GIS 6

1.1.2.1 Nhập dữ liệu 6

1.1.2.2 Thao tác dữ liệu 6

1.1.2.3 Quản lý dữ liệu 7

1.1.2.4 Hỏi đáp và phân tích 7

1.1.2.5 Hiển thị 8

1.1.3 Cấu trúc dữ liệu Raster và Vecto 8

1.1.3.1 Cấu trúc dữ liệu Raster 8

1.1.3.2 Cấu trúc dữ liệu Vecto 9

1.1.3.3 Ưu nhược điểm của cấu trúc Raster và Vecto 9

1.1.4 Các công nghệ liên quan 10

1.2 WebGIS và ứng dụng 11

1.2.1 Khái niệm 11

1.2.2 Ứng dụng của WebGIS 11

1.3 Ngôn ngữ lập trình Java 11

1.3.1 Các đặc điểm và các thành phần cơ bản của Java 12

1.3.1.1 Các đặc điểm của ngôn ngữ lập trình Java 12

1.3.1.2 Các thành phần cơ bản của Java 12

1.3.1.3 Cấu trúc điều khiển 13

1.3.2 Xây dựng chương trình Java 13

1.3.2.1 Phương thức, lớp và chương trình Java 13

1.3.2.2 Đối tượng Exception, gói, interface và thread 15

1.3.2.3 Lớp String 16

1.3.3 Giao diện đồ hoạ của Java 17

1.3.4 Đối tượng đồ hoạ (Graphics) 18

1.3.5 Java Applet 19

Chương 2 : Tìm hiểu về công nghệ WebGIS và ứng dụng 21

TÀI LIỆU THAM KHẢO 22

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, GIS là một công nghệ “đắt giá”, có hàng trăm nghìn người trênthế giới đang làm việc với nó Các nhà chuyên môn của hầu hết các lãnh vựcđang dần nhận thấy lợi ích trong phương pháp suy nghĩ và làm việc theo phươngdiện địa lý GIS không phải chỉ dùng để tạo ra những bản đồ tĩnh, mà nó còn chophép tạo ra các bản đồ đẹp nhiều màu sắc và hơn thế nữa là khả năng tạo bản đồđộng Khả năng tạo lập bản đồ động giúp người dùng có thể lựa chọn và loại bỏbất cứ các thành phần nào trên bản đồ nhằm phân tích một cách nhanh chóng cácnhân tố khác biệt ảnh hưởng đến mô hình và ngoài ra giúp việc đưa ra các quyếtđịnh đối với những vấn đề phức tạp

Chương 1: Lý thuyết cơ sở

1.1 Hệ thống thông tin địa lý

Từ vài thập niên trở lại đây, công nghệ GIS (Geographical InformationSystems) đã có những bước phát triển và ứng dụng không chỉ trong lĩnh vực Địa

lý, mà trong nhiều lĩnh vực khác của khoa học và của cuộc sống hàng ngày như:

đô thị hoá, thương mại, phát triển cơ sở hạ tầng, bản đồ điện tử, hoạt động quân

sự

1.1.1 Các khái niệm cơ bản về GIS

1.1.1.1 Khái niệm GIS

Hệ Thông tin địa lý (GIS) là một công cụ máy tính để lập bản đồ và phântích các sự vật, hiện tượng thực trên trái đất Công nghệ GIS kết hợp các thao tác

cơ sở dữ liệu thông thường (như cấu trúc hỏi đáp) và các phép phân tích thống

kê, phân tích địa lý, trong đó phép phân tích địa lý và hình ảnh được cung cấpduy nhất từ các bản đồ Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thốngthông tin khác và khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vựckhác

GIS cho phép tạo lập bản đồ, phối hợp thông tin, khái quát các viễn cảnh,giải quyết các vấn đề phức tạp, và phát triển các giải pháp hiệu quả mà trướcđây không thực hiện được GIS là một công cụ được các cá nhân, tổ chức, trườnghọc, chính phủ và các doanh nghiệp sử dụng nhằm hướng tới các phương thứcmới giải quyết vấn đề

Lập bản đồ và phân tích địa lý không phải là kỹ thuật mới, nhưng GISthực thi các công việc này tốt hơn và nhanh hơn các phương pháp thủ công cũ.Trước công nghệ GIS, chỉ có một số ít người có những kỹ năng cần thiết để sửdụng thông tin địa lý giúp ích cho việc giải quyết vấn đề và đưa ra các quyếtđịnh GIS được sử dụng để cung cấp thông tin nhanh hơn và hiệu quả hơn chocác nhà hoạch định chính sách Các cơ quan chính phủ dùng GIS trong quản lýcác nguồn tài nguyên thiên nhiên, trong các hoạt động quy hoạch, mô hình hoá

và quan trắc

Hệ thống thông tin địa lý là hệ thống quản lý, phân tích và hiển thị tri thứcđịa lý, tri thức này được thể hiện qua các tập thông tin:

 Các bản đồ: giao diện trực tuyến với dữ liệu địa lý để tra cứu, trìnhbày kết quả và sử dụng như là một nền thao tác với thế giới thực

 Các tập thông tin địa lý: thông tin địa lý dạng file và dạng cơ sở dữliệu gồm các yếu tố, mạng lưới, topology, địa hình, thuộc tính

 Các mô hình xử lý: tập hợp các quy trình xử lý để phân tích tự động

 Các mô hình dữ liệu: GIS cung cấp công cụ mạnh hơn là một cơ sở dữliệu thông thường bao gồm quy tắc và sự toàn vẹn giống như các hệthông tin khác Lược đồ, quy tắc và sự toàn vẹn của dữ liệu địa lýđóng vai trò quan trọng

 Metadata: hay tài liệu miêu tả dữ liệu, cho phép người sử dụng tổchức, tìm hiểu và truy nhập được tới tri thức địa lý

Ngày nay, GIS là một ngành công nghiệp hàng tỷ đô la với sự tham giacủa hàng trăm nghìn người trên toàn thế giới GIS được dạy trong các trường phổthông, trường đại học trên toàn thế giới Các chuyên gia của mọi lĩnh vực đềunhận thức được những ưu điểm của sự kết hợp công việc của họ và GIS

1.1.1.2 Các thành phần của GIS

GIS được kết hợp bởi năm thành phần chính: phần cứng, phần mềm, dữliệu, con người và phương pháp

Phần cứng

Phần cứng là hệ thống máy tính trên đó một hệ GIS hoạt động Ngày nay,phần mềm GIS có khả năng chạy trên rất nhiều dạng phần cứng, từ máy chủtrung tâm đến các máy trạm hoạt động độc lập hoặc liên kết mạng

Phần mềm

Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và các công cụ cần thiết để lưugiữ, phân tích và hiển thị thông tin địa lý Các thành phần chính trong phần mềmGIS là:

 Công cụ nhập và thao tác trên các thông tin địa lý

 Hệ quản trị cơ sở dữ liệu(DBMS)

 Công cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý

 Giao diện đồ hoạ người-máy (GUI) để truy cập các công cụ dễ dàng

Dữ liệu

Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS là dữ liệu Các dữliệu địa lý và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể được người sử dụng tự tập hợphoặc được mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệukhông gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng DBMS để tổchức lưu giữ và quản lý dữ liệu

Dữ liệu không gian có thể đến từ nhiều nguồn khác nhau như: số liệu tínhtoán thống kê, báo cáo, các quan trắc thực địa, ảnh vệ tinh, ảnh máy bay, bản đồgiấy (dạng analog) Kỹ thuật hiện đại về viễn thám và GIS có khả năng cungcấp thông tin không gian bao gồm các thuộc tính địa lý, khuôn dạng dữ liệu, tỷ lệbản đồ và các số liệu đo đạc

Con người

Công nghệ GIS sẽ bị hạn chế nếu không có con người tham gia quản lý hệthống và phát triển những ứng dụng GIS trong thực tế Vì GIS la một hệ thốngtổng hợp của nhiểu công việc kỹ thuật, do đó đòi hỏi người điều hành phải đượcđào tạo và có kinh nghiệm trong nhiểu lĩnh vực Hơn nữa sự phát triển khôngngừng của các kỹ thuật phần cứng và phần mềm đòi hỏi người điều hành phảiluôn được đào tạo Những yêu cầu cơ bản về người điều hành bao gồm các vấn

đề sau: có kiến thức cơ bản về địa lý, bản đồ, máy tính và công nghệ tin

Người sử dụng GIS có thể là những chuyên gia kỹ thuật, người thiết kế vàduy trì hệ thống, hoặc những người dùng GIS để giải quyết các vấn đề trongcông việc

Phương pháp

Đó là tập hợp các quy định, quy phạm, tiêu chuẩn, định hướng, chủ trươngứng dụng của nhà quản lý, các kiến thức chuyên ngành và các kiến thức về côngnghệ thông tin

Một hệ GIS thành công theo khía cạnh thiết kế và luật thương mại là được

mô phỏng và thực thi duy nhất cho mỗi tổ chức

1.1.2 Các nhiệm vụ của GIS

Mục đích chung của các Hệ Thông tin địa lý là thực hiện sáu nhiệm vụsau:

Công nghệ GIS hiện đại có thể thực hiện tự động hoàn toàn quá trình nàyvới công nghệ quét ảnh cho các đối tượng lớn; những đối tượng nhỏ hơn đòi hỏimột số quá trình số hoá thủ công (dùng bàn số hoá) Ngày nay, nhiều dạng dữliệu địa lý thực sự có các định dạng tương thích GIS Những dữ liệu này có thểthu được từ các nhà cung cấp dữ liệu và được nhập trực tiếp vào GIS

1.1.2.2 Thao tác dữ liệu

Có những trường hợp các dạng dữ liệu đòi hỏi được chuyển dạng và thaotác theo một số cách để có thể tương thích với một hệ thống nhất định Ví dụ, cácthông tin địa lý có giá trị biểu diễn khác nhau tại các tỷ lệ khác nhau (hệ thốngđường phố được chi tiết hoá trong file về giao thông, kém chi tiết hơn trong fileđiều tra dân số và có mã bưu điện trong mức vùng) Trước khi các thông tin nàyđược kết hợp với nhau, chúng phải được chuyển về cùng một tỷ lệ (mức chínhxác hoặc mức chi tiết) Ðây có thể chỉ là sự chuyển dạng tạm thời cho mục đích

hiển thị hoặc cố định cho yêu cầu phân tích Công nghệ GIS cung cấp nhiềucông cụ cho các thao tác trên dữ liệu không gian và cho loại bỏ dữ liệu khôngcần thiết.

1.1.2.3 Quản lý dữ liệu

Ðối với những dự án GIS nhỏ, có thể lưu các thông tin địa lý dưới dạngcác file đơn giản Tuy nhiên, khi kích cỡ dữ liệu trở nên lớn hơn và số lượngngười dùng cũng nhiều lên, thì cách tốt nhất là sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu(DBMS) để giúp cho việc lưu giữ, tổ chức và quản lý thông tin Một DBMS chỉđơn giản là một phần mền quản lý cơ sở dữ liệu

Có nhiều cấu trúc DBMS khác nhau, nhưng trong GIS cấu trúc quan hệ tỏ

ra hữu hiệu nhất Trong cấu trúc quan hệ, dữ liệu được lưu trữ ở dạng các bảng.Các trường thuộc tính chung trong các bảng khác nhau được dùng để liên kết cácbảng này với nhau Do linh hoạt nên cấu trúc đơn giản này được sử dụng và triểnkhai khá rộng rãi trong các ứng dụng cả trong và ngoài GIS

1.1.2.4 Hỏi đáp và phân tích

Một khi đã có một hệ GIS lưu giữ các thông tin địa lý, có thể bắt đầu hỏicác câu hỏi đơn giản như:

 Ai là chủ mảnh đất ở góc phố?

 Hai vị trí cách nhau bao xa?

 Vùng đất dành cho hoạt động công nghiệp ở đâu?

 Và các câu hỏi phân tích như:

 Tất cả các vị trí thích hợp cho xây dựng các toà nhà mới nằm ở đâu?

 Kiểu đất ưu thế cho rừng sồi là gì?

 Nếu xây dựng một đường quốc lộ mới ở đây, giao thông sẽ chịu ảnhhưởng như thế nào?

GIS cung cấp cả khả năng hỏi đáp đơn giản "chỉ và nhấn" và các công cụphân tích tinh vi để cung cấp kịp thời thông tin cho những người quản lý và phântích Các hệ GIS hiện đại có nhiều công cụ phân tích hiệu quả, trong đó có haicông cụ quan trọng đặc biệt:

Phân tích liền kề

Tổng số khách hàng trong bán kính 10 km khu hàng?

Những lô đất trong khoảng 60 m từ mặt đường?

Ðể trả lời những câu hỏi này, GIS sử dụng phương pháp vùng đệm để xácđịnh mối quan hệ liền kề giữa các đối tượng

Phân tích xếp chồng

Xếp chồng là quá trình tích hợp các lớp thông tin khác nhau Các thao tácphân tích đòi hỏi một hoặc nhiều lớp dữ liệu phải được liên kết vật lý Sự xếpchồng này, hay liên kết không gian, có thể là sự kết hợp dữ liệu về đất, độ dốc,thảm thực vật hoặc sở hữu đất với định giá thuế

1.1.2.5 Hiển thị

Với nhiều thao tác trên dữ liệu địa lý, kết quả cuối cùng được hiển thị tốtnhất dưới dạng bản đồ hoặc biểu đồ Bản đồ khá hiệu quả trong lưu giữ và traođổi thông tin địa lý GIS cung cấp nhiều công cụ mới và thú vị để mở rộng tínhnghệ thuật và khoa học của ngành bản đồ Bản đồ hiển thị có thể được kết hợpvới các bản báo cáo, hình ảnh ba chiều, ảnh chụp và những dữ liệu khác (đaphương tiện)

1.1.3 Cấu trúc dữ liệu Raster và Vecto

Hình 1.1 Mô hình dữ liệu Raster và Vecto

1.1.3.1 Cấu trúc dữ liệu Raster

Mô hình raster biểu diễn không gian như là một ma trận số nguyên, mỗigiá trị số nguyên đại diện cho một thuộc tính, vị trí của số nguyên chính là vị trícủa đối tượng

Liên hệ với thế giới thực: mỗi pixel sẽ tương ứng với một ô nào đó trongthế giới thực.

Trong cấu trúc raster:

 Đường được biểu diễn bằng những pixel có cùng giá trị f(x,y) liên tiếpnhau

 Vùng được xác định thành một mạng gồm nhiều pixel có cùng giá trịthuộc tính f(x,y)

1.1.3.2 Cấu trúc dữ liệu Vecto

Các đối tượng không gian khi biểu diễn ở cấu trúc dữ liệu vector được tổchức dưới dạng điểm (point), đường (line) và vùng (polygon), và được biểu diễntrên một hệ thống tọa độ nào đó Đối với các đối tượng biểu diễn trên mặt phẳng,mỗi đối tượng điểm được biểu diễn bởi một cặp tọa độ (x, y); đối tượng đườngđược xác định bởi một chuỗi liên tiếp các điểm (vertex), đoạn thẳng được nốigiữa các điểm (vertex) hay còn gọi là cạnh (segment), điểm bắt đầu và điểm kếtthúc của một đường gọi là các nút (node); đối tượng vùng được xác định bởi cácđường khép kín

Hai loại cấu trúc được biết đến trong cấu trúc dữ liệu vector là cấu trúcSpaghetti và cấu trúc Topology Cấu trúc Spaghetti ra đời trước và được sử dụngcho đến ngày nay ở một số các phần mềm GIS như: phần mềm Arcview GIS,ArcGIS, MapInfo,… Cấu trúc Topology ra đời trên nền tảng của mô hình dữ liệucung – nút (Arc - Node)

1.1.3.3 Ưu nhược điểm của cấu trúc Raster và Vecto

1 Cấu trúc dữ liệu đơn giản Cấu trúc dữ liêu phức tạp hơnraster

2 Các thao tác chập bản đồ thựchiện dễ dàng và đơn giản Các phép chập bản đồ khó thựchiện được

3 Bài toán mô hình thực hiện dễdàng Bài toán mô hình khó thực hiện

4 Dữ liệu cồng kềnh Dữ liệu gọn (chiếm ít bộ nhớ)hơn mô hình raster

5 Mối quan hệ topo khó có thể

thể hiện được Bài toán mạng

Cho phép mã hóa topo hiệu quảhơn và vì vậy cho phép thực

khó thực hiện

hiện các phép liên quan đến cácthông tin topo (như trong phântích mạng)

6 Thích hợp với việc sử dụng dữliệu viễn thám Thích hợp với dữ liệu đo đạctrực tiếp

1.1.4 Các công nghệ liên quan

và các máy trạm UNIX nhỏ

CAD (Trợ giúp thiết kế nhờ máy tính)

Hệ thống CAD trợ giúp cho việc tạo ra các bản thiết kế xây dựng nhà và

cơ sở hạ tầng Tính năng này đòi hỏi các thành phần của những đặc trưng cốđịnh được tập hợp để tạo nên toàn bộ cấu trúc CAD yêu cầu một số quy tắc vềviệc tập hợp các thành phần và các khả năng phân tích rất giới hạn Hệ thốngCAD có thể được mở rộng để hỗ trợ bản đồ nhưng thông thường bị giới hạntrong quản lý và phân tích các cơ sở dữ liệu địa lý lớn

Viễn thám và GPS (Hệ thống định vị toàn cầu)

Viễn thám là ngành khoa học nghiên cứu bề mặt trái đất sử dụng kỹ thuậtcảm biến như quay camera từ máy bay, các trạm thu GPS hoặc các thiết bị khác.Các thiết bị cảm biến này thu thập dữ liệu dạng ảnh và cung cấp các khả năngthao tác, phân tích và mô phỏng những ảnh này Do thiếu các tính năng phân tích

và quản lý dữ liệu địa lý, nên không thể gọi là GIS thực sự

DBMS (Hệ quản trị cơ sở dữ liệu)

Hệ quản trị cơ sở dữ liệu chuyên về lưu trữ và quản lý tất cả các dạng dữliệu bao gồm cả dữ liệu địa lý Nhiều hệ GIS đã sử dụng DBMS với mục đíchlưu trữ dữ liệu DBMS không có các công cụ phân tích và mô phỏng như GIS

1.2 WebGIS và ứng dụng

1.2.1 Khái niệm

WebGIS là một hệ thống thông tin địa lý được phân bổ qua môi trườngmạng máy tính để tích hợp, phân phối và truyển tải thông tin địa lý trực diệntrên WWW (World Wide Web) thông qua Internet

Yêu cầu của WebGIS là phải có phần mềm chạy trên nền độc lập, sử dụngmạng theo tiêu chuẩn TCP/IP có thể kết nối đến Internet và trình duyệt Web

1.2.2 Ứng dụng của WebGIS

Khả năng phân phối thông tin rộng rãi trên toàn cầu

Người dùng Internet có thể truy cập đến các ứng dụng GIS mà không phảimua phần mềm

Đối với phần lớn người dùng không có kinh nghiệm về GIS thì việc sửdụng WebGIS sẽ đơn giản hơn việc sử dụng các ứng dụng GIS loại khác

WebGIS cho phép thêm các chức năng GIS chạy trên cơ sở mạng nhưthương mại, chính phủ, giáo dục Nhiều ứng dụng loại này chạy trên mạng cục

bộ như một phương tiện phân phối và sử dụng dữ liệu địa lý không gian(geospatial data)

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều công nghệ WebGIS như công nghệMapServer, GeoServer, ESRI, Mapinfo …

1.3 Ngôn ngữ lập trình Java

Ngôn ngữ lập trình Java ra đời và được các nhà nghiên cứu của công tySunMicrosystem giới thiệu vào năm 1995 Sau khi ra đời không lâu, ngôn ngữlập trình này đã được sử dụng rộng rãi và phổ biến đối với các lập trình viênchuyên nghiệp cũng như các nhà phát triển phần mềm

Java là một nền tảng phát triển các ứng dụng phần mềm, đánh dấu sự

trưởng thành của mô hình lập trình hướng đối tượng, nó được coi là một nềntảng mang tính cách mạng trong nghành phần mềm Mô hình máy ảo ViirtualMachine đã cho phép các ứng dụng viết bằng Java có thể chạy trên nhiều hệ điềuhành khác nhau

Không chỉ là một ngôn ngữ, Java còn là một nền tảng phát triển và triểnkhai ứng dụng trong đó máy ảo Java, bộ thông dịch có vai trò trung tâm Hiệnnay, công nghệ Java được chia làm ba bộ phận:

 J2SE: Gồm các đặc tả, công cụ, API của nhân Java giúp phát triển các ứngdụng trên desktop và định nghĩa các phần thuộc nhân của Java