Nghiên cứu xây dựng hệ thông tin địa lý quân sự trên mạng diện rộng 271390
- 75 trang
- file .pdf
BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Lê Văn Điệp
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ QUÂN SỰ
TRÊN MẠNG DIỆN RỘNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Hà Nội - Năm 2013
BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Lê Văn Điệp
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ QUÂN SỰ
TRÊN MẠNG DIỆN RỘNG
Chuyên ngành: Công nghệ thông tin
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS TẠ TUẤN ANH
Hà Nội - Năm 2013
LỜI CAM ĐOAN
Luận văn Thạc sĩ “Nghiên cứu xây dựng hệ thông tin địa lý quân sự trên mạng
diện rộng”, chuyên ngành Công nghệ thông tin là công trình của cá nhân tôi. Các
nội dung nghiên cứu và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực rõ ràng. Các
tài liệu tham khảo, nội dung trích dẫn đã ghi rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày 03 tháng 03 năm 2013
Tác giả luận văn
Lê Văn Điệp
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện luận văn tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ,
động viên của nhiều cá nhân và tập thể.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo trường Đại học Bách khoa Hà Nội,
đặc biệt là thầy cô giáo trong “Viện Công nghệ thông tin và truyền thông” đã truyền
đạt cho tôi nhiều kiến thức trong quá trình học tập.
Tôi xin trân trọng cảm ơn “Viện Công nghệ thông tin – Viện KHCN-QS” đã
tạo điều kiện giúp đỡ tôi về mọi mặt trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy giáo hướng dẫn khoa học: Tiến sĩ Tạ Tuấn Anh
– Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình hướng dẫn để tôi hoàn thành luận
văn này.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày 03 tháng 03 năm 2013
Tác giả luận văn
Lê Văn Điệp
MỤC LỤC
trang
Trang phụ bìa…………………………………………………………………
Nhiệm vụ luận văn……………………………………………………………
Mục lục………………………………………..………………………………
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt………………………………………
Danh mục các bảng……………………………………………………………
Danh mục các hình vẽ, đồ thị…………………………………………………
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..................................... 8
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................. 9
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .......................................................... 10
MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1
Chương 1 ............................................................................................................ 3
TỔNG QUAN .................................................................................................... 3
1.1. Giới thiệu về công nghệ WebGis .......................................................... 3
1.1.1. Giới thiệu chung ............................................................................. 3
1.1.2. Kiến trúc hệ thông tin địa lý trên nền web ..................................... 4
1.1.3. Các bước xử lý ................................................................................ 7
1.1.4. Các hình thức triển khai.................................................................. 8
1.2. Giới thiệu chuẩn OGC ........................................................................ 12
1.2.1. Tổng quan OGC............................................................................ 12
1.2.2. Lợi ích khi sử dụng chuẩn OGC ................................................... 14
1.2.3. Đặc tả trừu tượng OGC ................................................................ 16
1.2.4. Các chuẩn OGC ............................................................................ 18
Chương 2 .......................................................................................................... 21
WEB MAP SERVICE ...................................................................................... 21
2.1. Giới thiệu............................................................................................. 21
2.2. Các thành phần cơ sở .......................................................................... 22
2.2.1. Đánh số và thỏa thuận phiên bản .................................................. 22
2.2.2. Những quy tắc chung trong HTTP request ................................... 23
2.2.3. Những quy tắc chung trong HTTP response ................................ 24
2.2.4. Những quy tắc về tham số trong câu request ............................... 24
2.2.5. Các tham số thông dụng trong câu request ................................... 25
2.2.6. Kết quả dịch vụ ............................................................................. 25
2.2.7. Ngoại lệ dịch vụ ............................................................................ 25
2.3. Các phương thức của WMS ................................................................ 25
2.3.1. Phương thức GetMap ................................................................... 25
2.3.2. Phương thức GetCapbilities ......................................................... 28
2.3.3. Phương thức GetFeatureInfo ........................................................ 29
Chương 3 .......................................................................................................... 32
WEB FEATURE SERVICE ............................................................................ 32
3.1. Giới thiệu............................................................................................. 32
3.2. Các thành phần cơ sở ......................................................................... 33
3.2.1. Mã hóa câu yêu cầu ...................................................................... 33
3.2.2. Không gian tên.............................................................................. 33
3.3. Các thành phần chung ......................................................................... 33
3.3.1. Định danh của Feature .................................................................. 33
3.3.2. Định danh duy nhất toàn cầu ........................................................ 34
3.3.3. Trạng thái của Feature .................................................................. 35
3.3.4. Tên của các thuộc tính .................................................................. 35
3.3.5. Tham chiếu đến thuộc tính ........................................................... 36
3.3.6. Thành phần ................................................................... 36
3.3.7. Filter.............................................................................................. 36
3.3.8. Thông báo về các Ngoại lệ ........................................................... 36
3.3.9. Các thuộc tính XML chung .......................................................... 37
3.4. Các phương thức của WFS ................................................................. 37
3.4.1. Phương thức GetCapbilities ......................................................... 37
3.4.2. Phương thức DescribeFeatureType .............................................. 38
3.4.3. Phương thức GetFeature ............................................................... 39
3.5. So sánh chuẩn WMS và WFS ............................................................. 42
Chương 4 .......................................................................................................... 43
XÂY DỰNG CÔNG CỤ TÁC NGHIỆP BẢN ĐỒ ĐA NGƯỜI DÙNG TRÊN
NỀN WEB ................................................................................................................. 43
4.1. Thiết kế chương trình .......................................................................... 43
4.1.1. Mô tả chung .................................................................................. 43
4.1.2. Chức năng của hệ thống ............................................................... 43
4.1.3. Mô hình ứng dụng ........................................................................ 45
4.1.4. Mô hình quan hệ thực thể ............................................................. 46
4.1.5. Thiết kế cơ sở dữ liệu ................................................................... 48
4.2. Lập trình triển khai .............................................................................. 55
4.2.1. Lựa chọn giải pháp công nghệ thực hiện ...................................... 55
4.2.2. Mô hình triển khai ........................................................................ 56
4.3. Kết quả thử nghiệm ............................................................................. 57
4.3.1. Cài đặt môi trường thử nghiệm .................................................... 57
4.3.2. Một số giao diện tiêu biểu ............................................................ 57
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................... 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 65
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CSDL Cơ sở dữ liệu
DBMS Database Management System
GIS Geographic Information System
GIF Graphic Interchange Format
IGIS Internet (Intranet) Geographic Information System
KML Keyhole Markup Language
LAN Local Area Network
Layer Lớp bản đồ
OGC Open Geospatial Consortium
PNG Portal Network Graphic
JPEG Joint Photographics Expert Group
Raster Dữ liệu ảnh
SLD Styled Layer Descriptor
SVG Scalable Vector Graphic
SQL Structured Query Language
UTM Universal Transverse Mercator
URL Uniform Resource Locator
Vector Dữ liệu véc-tơ
WFS Web Feature Services
WMS Web Map Services
DANH MỤC CÁC BẢNG
trang
Bảng 2.1.Các ký tự quy ước trong câu HTTP GET URL ................................ 23
Bảng 2.1. Các tham số trong GetMap request.................................................. 27
Bảng 2.2. Các tham số trong GetCapabilities request URL ............................. 28
Bảng 2.3. Các tham số của request GetFeatureInfo ......................................... 30
Bảng 3.2. Bảng so sánh WMS và WFS............................................................ 42
Bảng 4.1. Bảng dữ liệu danh mục đơn vị ......................................................... 49
Bảng 4.2. Bảng dữ liệu người dùng ................................................................. 49
Bảng 4.3. Bảng nhật ký sử dụng ...................................................................... 50
Bảng 4.4. Bảng tham số hệ thống..................................................................... 50
Bảng 4.5. Bảng dữ liệu bản đồ mẫu ................................................................. 51
Bảng 4.6. Bảng dữ liệu dự án bản đồ ............................................................... 51
Bảng 4.7. Bảng phân quyền dữ liệu ................................................................. 52
Bảng 4.8. Bảng dữ liệu thư mục chứa .............................................................. 52
Bảng 4.9. Bảng danh sách bản đồ tác chiến ..................................................... 53
Bảng 4.10. Bảng danh sách các lớp tác nghiệp ................................................ 53
Bảng 4.11. Bảng dữ liệu spatial của các features ............................................. 54
Bảng 4.12. Bảng dữ liệu spatial của các đối tượng text ................................... 55
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
trang
Hình 1.1. Mô hình 3 lớp trong kiến trúc WebGIS ............................................. 5
Hình 1.2. Các bước xử lý thông tin của WebGIS .............................................. 6
Hỉnh 1.3. Quá trình xử lý thông tin của WebGIS .............................................. 8
Hình 1.4. Kiến trúc hướng phục vụ .................................................................. 10
Hình 1.5. Kiến trúc hướng người dùng ............................................................ 11
Hình 1.6. Mô hình webGIS theo chuẩn OpenGIS............................................ 13
Hình 1.7. Mối quan hệ giữa các nhóm đặc tả OGC ......................................... 18
Hình 1.8. Kiến trúc các dịch vụ web của OGC ................................................ 20
Hình 2.1: Kết quả trả về của phương thức GetMap – WMS............................ 26
Hình 4.1. Kiến trúc 3 lớp cho phần mềm ứng dụng ......................................... 46
Hình 4.2. Quan hệ thực thể dữ liệu projects và quyền ..................................... 47
Hình 4.3. Quan hệ thực thể dữ liệu bản đồ tác chiến ....................................... 47
Hình 4.4. Quan hệ thực thể dữ liệu người dùng ............................................... 48
Hình 4.10. Mô hình triển khai ứng dụng .......................................................... 56
Hình 4.11. Giao diện đăng nhập vào hệ thống ................................................. 57
Hình 4.12. Giao diện chính .............................................................................. 58
Hình 4.13. Giao diện tạo dự án tác nghiệp mới ............................................... 59
Hình 4.14. Giao diện phân quyền dữ liệu ........................................................ 59
Hình 4.15. Giao diện tác nghiệp bản đồ ........................................................... 60
Hình 4.16. Giao diện quản lý người dùng ........................................................ 60
Hình 4.17. Tác nghiệp đồng thời trên cùng 1 bản đồ ....................................... 61
MỞ ĐẦU
Hiện nay, công nghệ GIS (Geographic Information System) đã và đang được
ứng dụng rộng rãi vào trong rất nhiều lĩnh vực như địa chính, giao thông, thuỷ lợi,
môi trường, quản lý, bưu chính viễn thông, nhất là trong quân sự. Các hệ thống
thông tin GIS, các hệ thống ứng dụng công nghệ GIS và bản đồ số được phát triển
đem lại những hiệu quả kinh tế, chính trị, xã hội to lớn. Một trong các thế mạnh
hàng đầu của các hệ thông tin này là hỗ trợ quản lý, tra cứu, trình bày thông tin rất
trực quan, khả năng mô hình hóa cao.
Trong lĩnh vực quân sự, GIS đóng vai trò cực kỳ quan trọng. Chúng được áp
dụng nhiều vào các bài toán như quản lý bản đồ mục tiêu, quản lý các đối tượng địa
chính trị, quản lý đất quốc phòng – các địa điểm đóng quân, hỗ trợ công tác cứu hộ
cứu nạn, quản lý và hỗ trợ tác nghiệp bản đồ tác chiến phục vụ công tác tham mưu
tác chiến, huấn luyện, diễn tập..…
Các hệ thống thông tin quân sự hiện nay chủ yếu được xây dựng trên máy đơn
lẽ hoặc mạng LAN quy mô nhỏ, dữ liệu không được cập nhật thường xuyên, phạm
vị khai thác nhỏ và phục vụ cho vài người dùng, không đáp ứng được nhu cầu nhiều
bài toán quân sự thực tế, do đó nhu cầu về xây dựng hệ thông tin địa lý quân sự trên
nền web rất cần thiết. Hơn nữa, nhu cầu chia sẽ dữ liệu ngày càng lớn mà các dữ
liệu để xây dựng hệ thống GIS thường được sử dụng từ nhiều nguồn và có thể được
định dạng theo các chuẩn khác nhau. Dó đó, khi khai thác dữ liệu này, người sử
dụng dễ vấp phải những trở ngại lớn về vấn đề tính tương thích, cũng như việc mua
bán phần mềm, làm quen với việc sử dụng phần mềm. Nhiều ứng dụng được xây
dựng các ứng dụng trên nền tảng công nghệ khác nhau do đó cần phải có chuẩn để
làm cho các ứng dụng có thể giao tiếp được.
Để khắc phục những trở ngại này việc tiến hành xây dựng các hệ thống thông
tin quân sự trên nền WebGIS theo chuẩn mở OGC là một giải pháp tốt được sử
dụng rất nhiều nơi trên thế giới và trong nước.
1
Từ thực tế trên, mục đích chung của đề tài là xây dựng hệ thông tin địa lý quân
sự trên mạng diện rộng dựa trên các công nghệ mã nguồn mở. Mục tiêu cụ thể của
đề tài là:
- Hiểu và nắm được công nghệ GIS, bản đồ số;
- Hiểu và nắm rõ yêu cầu hệ thông tin địa lý quân sự;
- Hiểu và nắm rõ các công nghệ xây dựng bản đồ trên nền Web; chuẩn OGC;
- Giải quyết một số vấn đề thuật toán, kỹ thuật cơ bản;
- Xây dựng ứng dụng hệ thông tin địa lý quân sự trên nền Web.
- Cấu trúc của luận văn gồm: phần mở đầu; chương 1, 2, 3 và 4; phần kết luận
và kiến nghị; tài liệu tham khảo.
Nội dung chính của luận văn:
- Chương 1: Chủ yếu nghiên cứu tổng quan về hệ thống GIS, công nghệ
WebGis, và chuẩn OGC;
- Chương 2: Đi sâu nghiên cứu chuẩn Web Map Service;
- Chương 3: Đi sâu nghiên cứu chuẩn Web Feature Service;
- Chương 4: Xây dựng công cụ tác nghiệp bản đồ tác chiến đa người dùng;
- Kết luận và kiến nghị hướng mở của đề tài.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô Khoa Công nghệ thông tin, Phòng Sau đại
học và các bạn học viên cùng lớp đã giúp đỡ để tôi hoàn thành luận văn này. Đặc
biệt, xin cảm ơn thầy giáo TS Tạ Tuấn Anh đã tận tình hướng dẫn tôi, đã có những
đóng góp vô cùng quý báu để tôi có thể hoàn thành luận văn đạt các yêu cầu đặt ra.
2
Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về công nghệ WebGis
1.1.1. Giới thiệu chung
GIS - Geographic Information System - là hệ thống thông tin địa lý được hình
thành từ ba khái niệm địa lý, thông tin và hệ thống. Khái niệm “địa lý” liên quan
đến các đặc trưng về không gian, vị trí. Các đặc trưng này ánh xạ trực tiếp đến các
đối tượng trong không gian, chúng có thể là đối tượng vật lý, văn hoá, kinh tế…
trong tự nhiên. Khái niệm “thông tin” đề cập đến phần dữ liệu được quản lý bởi
GIS, đó là các dữ liệu về thuộc tính và dữ liệu không gian của đối tượng. GIS có
tính “hệ thống” tức là hệ thống GIS được xây dựng từ các module, việc tạo lập các
module giúp thuận lợi trong việc quản lý và hợp nhất.
Hệ thống thông tin địa lý trên web (WebGIS) là hệ thống thông tin địa lý phân
tán trên một mạng các máy tính để tích hợp, trao đổi các thông tin địa lý trên nền
web. Công nghệ WebGIS này tương tự kiến trúc Client-Server của web. Xử lý
thông tin không gian địa lý được xử lý ở cả phía Server và phía Client. Điều này
cho phép người dùng có thể khai thác thông tin GIS qua trình duyệt web.
Một Client tiêu biểu là một trình duyệt web, một Server bao gồm một Web
Server cung cấp một chương trình ứng dụng GIS trên nền web. Client gửi yêu cầu
dữ liệu bản đồ đến Server ở xa qua môi trường web, Server xử lý thông tin yêu cầu
bằng cách chuyển yêu cầu thành mã nội bộ và gọi những chức năng về GIS thông
qua việc chuyển tiếp các yêu cầu đến phần mềm ứng dụng GIS. Phần mềm này trả
lại kết quả, sau đó kết quả này được định dạng lại và phản hồi lại cho phía Client.
Server trả về kết quả cho Client hiển thị, hoặc gửi dữ liệu hoặc các công cụ phân
tích để Client sử dụng.
Điều quan trọng ở đây chính là công nghệ WebGIS. Công nghệ này có khả
năng làm cho thông tin địa lý trở nên hữu dụng và sẵn sàng tới lượng lớn người sử
dụng trên thế giới. Để WebGIS có thể chạy được trên tất cả các trình duyệt web thì
3
các ứng dụng GIS trên nền web phải được thiết kế theo các kỹ thuật của mạng
Internet.
GIS được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực đời sống kinh tế xã hội, ta có
thể thấy một số ứng dụng cụ thể của GIS trong thực tế là:
- Ứng dụng trong quản lý hệ thống đường phố, như: tìm kiếm địa chỉ khi xác
định được vị trí cho địa chỉ phố hoặc tìm vị trí khi biết trước địa chỉ phố
(geocoding). Quản lý đường giao thông và sơ đồ, điều khiển đường đi, lập kế hoạch
lưu thông xe cộ, phân tích vị trí, chọn khu vực xây dựng các tiện ích như bãi đỗ xe,
ga tàu, lập kế hoạch phát triển giao thông….
- Ứng dụng trong quản lý giám sát tài nguyên, thiên nhiên, môi trường như:
quản lý gió và thuỷ hệ, các nguồn nhân tạo, bình đồ lũ, vùng ngập úng, đất nông
nghiệp, tầng ngập nước, rừng, vùng tự nhiên, phân tích tác động môi trường, xác
định ví trí chất thải độc hại, mô hình hoá nước ngầm và đường ô nhiễm, phân tích
quy hoạch khu dân cư….
- Ứng dụng trong quản lý quy hoạch như: phân vùng quy hoạch sử dụng đất,
các hiện trạng xu thế môi trường, quản lý chất lượng nước….
- Ứng dụng trong quản lý các thiết bị: xác định đường ống ngầm, cáp ngầm,
xác định tải trọng của lưới điện, duy trì quy hoạch các thiết bị, sử dụng đường
điện….
- Ứng dụng trong phân tích tổng điều tra dân số, lập bản đồ các dịch vụ y tế,
bưu điện….
- Và đặc biệt ứng dụng trong quân sự như quản lý bản đồ mục tiêu, quản lý
các đối tượng địa chính trị, quản lý đất quốc phòng – các địa điểm đóng quân, hỗ
trợ công tác cứu hộ cứu nạn, quản lý và hỗ trợ tác nghiệp bản đồ tác chiến phục vụ
công tác tham mưu tác chiến, huấn luyện, diễn tập….
1.1.2. Kiến trúc hệ thông tin địa lý trên nền web
Dịch vụ web thông tin địa lý hay còn được gọi là WebGIS được xây dựng để
cung cấp các dịch vụ về thông tin địa lý theo công nghệ web service. Chính vì thế
nên bất cứ WebGIS nào cũng phải thỏa mãn kiến trúc ba tầng thông dụng của một
4
ứng dụng web. Sau đó tùy thuộc vào từng loại công nghệ và các cách thức phát
triển, mở rộng khác nhau mà WebGIS sẽ trở thành n tầng khác nhau. Kiến chung 3
tầng của WebGIS được mô tả hình dưới bao gồm tầng trình bày, tầng giao dịch và
tầng dữ liệu được trình bày trong hình
Hình 1.1. Mô hình 3 lớp trong kiến trúc WebGIS
Tầng trình bày: Thông thường chỉ là các trình duyệt Internet Explorer,
Mozilla Firefox ... để mở các trang web theo URL được định sẵn. Các ứng dụng
client có thể là một website, Applet, Flash,… được viết bằng các công nghệ theo
chuẩn của W3C. Các Client đôi khi cũng là một ứng dụng desktop tương tự như
phần mềm MapInfo, ArcMap,…
Tầng giao dịch: thường được tích hợp trong một webserver nào đó, ví dụ như
Tomcat, Apache, Internet Information Server. Đó là một ứng dụng phía server
nhiệm vụ chính của nó thường là tiếp nhận các yêu cầu 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 kết quả về theo yêu cầu. Tùy theo yêu cầu của 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, thậm trí client có thể xử
lý một số bài tóan về không gian. Thông thường các phản hồi và request đều theo
chuẩn HTTP POST hoặc GET.
Tầng dữ liệu: 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, MS SQL SERVER, ESRI SDE, POSGRESQL,… hoặc là các
file dữ liệu dạng flat như shapefile, tab, XML,… Các dữ liệu này được thiết kế, cài
5
đặt và xây dựng theo từng quy trình, từng quy mô bài toán ... mà lựa chọn hệ quản
trị cơ sở dữ liệu phù hợp.
Cơ sở dữ liệu không gian sẽ được dùng để quản lý và truy xuất dữ liệu không
gian, được đặt trên data server. Nhà kho hay nơi lưu trữ được dùng để lưu trữ và
duy trì những siêu dữ liệu về dữ liệu không gian tại những data server khác nhau.
Dựa trên những thành phần quản lý dữ liệu, ứng dụng server và mô hình server
được dùng cho ứng dụng hệ thống để tính toán thông tin không gian thông qua các
hàm cụ thể. Tất cả kết quả tính toán của ứng dụng server sẽ được gửi đến web
server để thêm vào các gói HTML, gửi cho phía client và hiển thị nơi trình duyệt
web.
Xem hình minh họa dưới đây. Lưu ý là tất cả các thành phần đều được kết nối
nhau thông qua mạng Internet.
Hình 1.2. Các bước xử lý thông tin của WebGIS
6
1.1.3. Các bước xử lý
Client gửi yêu cầu của người sử dụng thông qua giao thức HTTP đến
webserver.
Web server nhận yêu cầu của người dùng gửi đến từ phía client, xử lý và
chuyển tiếp yêu cầu đến ứng dụng trên server có liên quan.
Application server (chính là các ứng dụng GIS) nhận các yêu cầu cụ thể đối
với ứng dụng và gọi các hàm có liên quan để tính toán xử lý. Nếu có yêu cầu dữ liệu
nó sẽ gửi yêu cầu dữ liệu đến data exchange server(server trao đổi dữ liệu)..
Data exchange server nhận yêu cầu dữ liệu và tìm kiếm vị trí của những dữ
liệu này sau đó gửi yêu cầu dữ liệu đến server chứa dữ liệu (data server ) tương ứng
cần tìm.
Data server dữ liệu tiến hành truy vấn lấy ra dữ liệu cần thiết và trả dữ liệu này
về cho data exchange server
Data exchange server nhận dữ liệu từ nhiều nguồn data server khác nhau nằm
rải rác trên mạng. Sắp xếp dữ liệu lại theo logic của yêu cầu dữ liệu,sau đó gửi trả
dữ liệu về cho application server.
Application server nhận dữ liệu trả về từ các data exchange server và đưa
chúng đến các hàm cần sử dụng, xử lý chúng tại đây và kết quả được trả về cho web
server.
Web server nhận về kết quả xử lý, thêm vào các ngữ cảnh web (HTML,
PHP..) để có thể hiển thị được trên trình duyệt và cuối cùng gửi trả kết quả về cho
trình duyệt dưới dạng các trang web.
7
Hỉnh 1.3. Quá trình xử lý thông tin của WebGIS
1.1.4. Các hình thức triển khai
Trong mô hình hoạt động của WebGIS được chia ra 2 phần : các hoạt động ở
phía máy khách (client side) và các hoạt động xử lý ở phía máy chủ ( server side).
Client side
Client side được dùng để hiển thị kết quả đến cho người dùng, nhận các điều
khiển trực tiếp từ người dùng và tương tác với web server thông qua trình duyệt
web. Các trình duyệt web sử dụng chủ yếu HTML để định dạng trang web. Thêm
vào đó một vài plug-in, ActiveX và các mã Applet được nhúng vào trình duyệt để
tăng tính tương tác với người dùng.
Server side
Gồm có: Web server, Application server, Data server và Clearinghouse..
Server side có nhiệm vụ lưu trữ dữ liệu không gian, xử lý tính toán và trả về kết quả
(dưới dạng hiển thị được) cho client side.
8
Web server: Web server được dùng để phục vụ cho các ứng dụng web, web
server sử dụng nghi thức HTTP để giao tiếp với trình duyệt web ở phía client. Tất
cả các yêu cầu từ phía client đối với ứng dụng web đều được web server nhận và
thông dịch và sau đó gọi các chức năng của ứng dụng thông qua các giao tiếp mạng
như MAPI, Winsock, namped pipe…
Application server: Đây là phần chương trình gọi các hàm xử lý GIS, gửi yêu
cầu lấy dữ liệu đến clearinghouse
Data server: Data server là phần cơ bản của hầu hết các hệ thống thông tin với
nhiệm vụ quản lý và điều khiển truy cập dữ liệu. Ban đầu, đa số GIS sử dụng File
System để quản lý dữ liệu không gian và DBMS (Database Management System)
để quản lý dữ liệu thuộc tính. Ngày nay có nhiều sản phẩm và giải pháp phần mềm
thay thế để quản lý dữ liệu không gian và thuộc tính một cách chung nhất
Ví dụ:
SDE của ESRI (1998), SpatialWare của MapInfo (1998)…
Nhìn chung các cơ sở dữ liệu sử dụng đều là các cơ sở dữ liệu quan hệ, và
trong tương lai sẽ thay thế bằng cơ sở dữ liệu hướng đối tượng như Clearinghouse.
Clearinghouse được sử dụng để chứa dữ liệu về dữ liệu không gian được quản lý
bởi các data server. Clearinghouse đóng vai trò như một cuốn catalog,
clearinghouse tìm kiếm trong catalog này để tìm dữ liệu cần.
Có 2 chiến thuật lựa chọn, tương ứng với 2 kiểu triển khai, kiểu thứ nhất tập
trung công việc chủ yếu cho phía server, kiểu kia ngược lại tập trung công việc cho
phía client.
1.1.4.1. Kiến trúc hướng server
Những chiến thuật này tập trung vào việc cung cấp dữ liệu GIS và phân tích
“theo yêu cầu” bởi một server đủ mạnh, server này sẽ truy cập dữ liệu và phần mềm
cần thiết để xử lý dữ liệu.
Chiến thuật server- side có thể so sánh với mô hình sử dụng máy mainframe
để chạy GIS trong một mạng cục bộ. Trong đó, máy client cấu hình không đòi hỏi
9
cao,chỉ cần chạy chương trình để gửi các yêu cầu và hiển thị được các trả lời từ
server.
Các bước xử lý:
Hình 1.4. Kiến trúc hướng phục vụ
Các thuận lợi và khó khăn của kiến trúc này
Thuận lợi
Với server có cấu hình mạnh được sử dụng, người dùng có thể truy xuất trên
tập dữ liệu lớn hơn và phức tạp lớn. Thay vì phải xử lý trên máy client, hầu hết
không được cấu hình mạnh và việc truyền dữ liệu lớn qua mạng Internet sẽ gây
nhiều khó khăn.
Cũng với server mạnh, việc phân tích, xử lý các chức năng GIS sẽ được tiến
hành nhanh và không đòi hỏi quá nhiều ở người dùng sự am hiểu.
Kiểm soát được các thao tác của người dùng (chủ yếu là đơn giản) trên dữ liệu
và luôn đảm bảo người dùng nhận kết quả đúng từ dữ liệu (do phía client không
phải xử lý nhiều).
Khó khăn
Với chiến thuật này thì dù yêu cầu là nhỏ (client hoàn toàn xử lý được) hay
lớn, tất cả đều gửi về phía server, và server xử lý xong lại gửi trả về cho client thông
qua đường truyền trên mạng.
Hiệu năng của hệ thống WebGIS sẽ bị ảnh hưởng bởi băng thông và đường
truyền mạng Internet giữa server và client. Nhất là khi mà kết quả trả về phải mang
chuyển những file lớn.
Hệ thống WebGIS sử dụng chiến thuật này không tận dụng được khả năng xử
lý trên máy client. Chủ yếu client chỉ xử lý gửi yêu cầu và hiển thị kết quả đáp ứng.
10
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Lê Văn Điệp
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ QUÂN SỰ
TRÊN MẠNG DIỆN RỘNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Hà Nội - Năm 2013
BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Lê Văn Điệp
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ QUÂN SỰ
TRÊN MẠNG DIỆN RỘNG
Chuyên ngành: Công nghệ thông tin
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS TẠ TUẤN ANH
Hà Nội - Năm 2013
LỜI CAM ĐOAN
Luận văn Thạc sĩ “Nghiên cứu xây dựng hệ thông tin địa lý quân sự trên mạng
diện rộng”, chuyên ngành Công nghệ thông tin là công trình của cá nhân tôi. Các
nội dung nghiên cứu và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực rõ ràng. Các
tài liệu tham khảo, nội dung trích dẫn đã ghi rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày 03 tháng 03 năm 2013
Tác giả luận văn
Lê Văn Điệp
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện luận văn tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ,
động viên của nhiều cá nhân và tập thể.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo trường Đại học Bách khoa Hà Nội,
đặc biệt là thầy cô giáo trong “Viện Công nghệ thông tin và truyền thông” đã truyền
đạt cho tôi nhiều kiến thức trong quá trình học tập.
Tôi xin trân trọng cảm ơn “Viện Công nghệ thông tin – Viện KHCN-QS” đã
tạo điều kiện giúp đỡ tôi về mọi mặt trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy giáo hướng dẫn khoa học: Tiến sĩ Tạ Tuấn Anh
– Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình hướng dẫn để tôi hoàn thành luận
văn này.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày 03 tháng 03 năm 2013
Tác giả luận văn
Lê Văn Điệp
MỤC LỤC
trang
Trang phụ bìa…………………………………………………………………
Nhiệm vụ luận văn……………………………………………………………
Mục lục………………………………………..………………………………
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt………………………………………
Danh mục các bảng……………………………………………………………
Danh mục các hình vẽ, đồ thị…………………………………………………
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..................................... 8
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................. 9
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .......................................................... 10
MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1
Chương 1 ............................................................................................................ 3
TỔNG QUAN .................................................................................................... 3
1.1. Giới thiệu về công nghệ WebGis .......................................................... 3
1.1.1. Giới thiệu chung ............................................................................. 3
1.1.2. Kiến trúc hệ thông tin địa lý trên nền web ..................................... 4
1.1.3. Các bước xử lý ................................................................................ 7
1.1.4. Các hình thức triển khai.................................................................. 8
1.2. Giới thiệu chuẩn OGC ........................................................................ 12
1.2.1. Tổng quan OGC............................................................................ 12
1.2.2. Lợi ích khi sử dụng chuẩn OGC ................................................... 14
1.2.3. Đặc tả trừu tượng OGC ................................................................ 16
1.2.4. Các chuẩn OGC ............................................................................ 18
Chương 2 .......................................................................................................... 21
WEB MAP SERVICE ...................................................................................... 21
2.1. Giới thiệu............................................................................................. 21
2.2. Các thành phần cơ sở .......................................................................... 22
2.2.1. Đánh số và thỏa thuận phiên bản .................................................. 22
2.2.2. Những quy tắc chung trong HTTP request ................................... 23
2.2.3. Những quy tắc chung trong HTTP response ................................ 24
2.2.4. Những quy tắc về tham số trong câu request ............................... 24
2.2.5. Các tham số thông dụng trong câu request ................................... 25
2.2.6. Kết quả dịch vụ ............................................................................. 25
2.2.7. Ngoại lệ dịch vụ ............................................................................ 25
2.3. Các phương thức của WMS ................................................................ 25
2.3.1. Phương thức GetMap ................................................................... 25
2.3.2. Phương thức GetCapbilities ......................................................... 28
2.3.3. Phương thức GetFeatureInfo ........................................................ 29
Chương 3 .......................................................................................................... 32
WEB FEATURE SERVICE ............................................................................ 32
3.1. Giới thiệu............................................................................................. 32
3.2. Các thành phần cơ sở ......................................................................... 33
3.2.1. Mã hóa câu yêu cầu ...................................................................... 33
3.2.2. Không gian tên.............................................................................. 33
3.3. Các thành phần chung ......................................................................... 33
3.3.1. Định danh của Feature .................................................................. 33
3.3.2. Định danh duy nhất toàn cầu ........................................................ 34
3.3.3. Trạng thái của Feature .................................................................. 35
3.3.4. Tên của các thuộc tính .................................................................. 35
3.3.5. Tham chiếu đến thuộc tính ........................................................... 36
3.3.6. Thành phần
3.3.7. Filter.............................................................................................. 36
3.3.8. Thông báo về các Ngoại lệ ........................................................... 36
3.3.9. Các thuộc tính XML chung .......................................................... 37
3.4. Các phương thức của WFS ................................................................. 37
3.4.1. Phương thức GetCapbilities ......................................................... 37
3.4.2. Phương thức DescribeFeatureType .............................................. 38
3.4.3. Phương thức GetFeature ............................................................... 39
3.5. So sánh chuẩn WMS và WFS ............................................................. 42
Chương 4 .......................................................................................................... 43
XÂY DỰNG CÔNG CỤ TÁC NGHIỆP BẢN ĐỒ ĐA NGƯỜI DÙNG TRÊN
NỀN WEB ................................................................................................................. 43
4.1. Thiết kế chương trình .......................................................................... 43
4.1.1. Mô tả chung .................................................................................. 43
4.1.2. Chức năng của hệ thống ............................................................... 43
4.1.3. Mô hình ứng dụng ........................................................................ 45
4.1.4. Mô hình quan hệ thực thể ............................................................. 46
4.1.5. Thiết kế cơ sở dữ liệu ................................................................... 48
4.2. Lập trình triển khai .............................................................................. 55
4.2.1. Lựa chọn giải pháp công nghệ thực hiện ...................................... 55
4.2.2. Mô hình triển khai ........................................................................ 56
4.3. Kết quả thử nghiệm ............................................................................. 57
4.3.1. Cài đặt môi trường thử nghiệm .................................................... 57
4.3.2. Một số giao diện tiêu biểu ............................................................ 57
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................... 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 65
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CSDL Cơ sở dữ liệu
DBMS Database Management System
GIS Geographic Information System
GIF Graphic Interchange Format
IGIS Internet (Intranet) Geographic Information System
KML Keyhole Markup Language
LAN Local Area Network
Layer Lớp bản đồ
OGC Open Geospatial Consortium
PNG Portal Network Graphic
JPEG Joint Photographics Expert Group
Raster Dữ liệu ảnh
SLD Styled Layer Descriptor
SVG Scalable Vector Graphic
SQL Structured Query Language
UTM Universal Transverse Mercator
URL Uniform Resource Locator
Vector Dữ liệu véc-tơ
WFS Web Feature Services
WMS Web Map Services
DANH MỤC CÁC BẢNG
trang
Bảng 2.1.Các ký tự quy ước trong câu HTTP GET URL ................................ 23
Bảng 2.1. Các tham số trong GetMap request.................................................. 27
Bảng 2.2. Các tham số trong GetCapabilities request URL ............................. 28
Bảng 2.3. Các tham số của request GetFeatureInfo ......................................... 30
Bảng 3.2. Bảng so sánh WMS và WFS............................................................ 42
Bảng 4.1. Bảng dữ liệu danh mục đơn vị ......................................................... 49
Bảng 4.2. Bảng dữ liệu người dùng ................................................................. 49
Bảng 4.3. Bảng nhật ký sử dụng ...................................................................... 50
Bảng 4.4. Bảng tham số hệ thống..................................................................... 50
Bảng 4.5. Bảng dữ liệu bản đồ mẫu ................................................................. 51
Bảng 4.6. Bảng dữ liệu dự án bản đồ ............................................................... 51
Bảng 4.7. Bảng phân quyền dữ liệu ................................................................. 52
Bảng 4.8. Bảng dữ liệu thư mục chứa .............................................................. 52
Bảng 4.9. Bảng danh sách bản đồ tác chiến ..................................................... 53
Bảng 4.10. Bảng danh sách các lớp tác nghiệp ................................................ 53
Bảng 4.11. Bảng dữ liệu spatial của các features ............................................. 54
Bảng 4.12. Bảng dữ liệu spatial của các đối tượng text ................................... 55
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
trang
Hình 1.1. Mô hình 3 lớp trong kiến trúc WebGIS ............................................. 5
Hình 1.2. Các bước xử lý thông tin của WebGIS .............................................. 6
Hỉnh 1.3. Quá trình xử lý thông tin của WebGIS .............................................. 8
Hình 1.4. Kiến trúc hướng phục vụ .................................................................. 10
Hình 1.5. Kiến trúc hướng người dùng ............................................................ 11
Hình 1.6. Mô hình webGIS theo chuẩn OpenGIS............................................ 13
Hình 1.7. Mối quan hệ giữa các nhóm đặc tả OGC ......................................... 18
Hình 1.8. Kiến trúc các dịch vụ web của OGC ................................................ 20
Hình 2.1: Kết quả trả về của phương thức GetMap – WMS............................ 26
Hình 4.1. Kiến trúc 3 lớp cho phần mềm ứng dụng ......................................... 46
Hình 4.2. Quan hệ thực thể dữ liệu projects và quyền ..................................... 47
Hình 4.3. Quan hệ thực thể dữ liệu bản đồ tác chiến ....................................... 47
Hình 4.4. Quan hệ thực thể dữ liệu người dùng ............................................... 48
Hình 4.10. Mô hình triển khai ứng dụng .......................................................... 56
Hình 4.11. Giao diện đăng nhập vào hệ thống ................................................. 57
Hình 4.12. Giao diện chính .............................................................................. 58
Hình 4.13. Giao diện tạo dự án tác nghiệp mới ............................................... 59
Hình 4.14. Giao diện phân quyền dữ liệu ........................................................ 59
Hình 4.15. Giao diện tác nghiệp bản đồ ........................................................... 60
Hình 4.16. Giao diện quản lý người dùng ........................................................ 60
Hình 4.17. Tác nghiệp đồng thời trên cùng 1 bản đồ ....................................... 61
MỞ ĐẦU
Hiện nay, công nghệ GIS (Geographic Information System) đã và đang được
ứng dụng rộng rãi vào trong rất nhiều lĩnh vực như địa chính, giao thông, thuỷ lợi,
môi trường, quản lý, bưu chính viễn thông, nhất là trong quân sự. Các hệ thống
thông tin GIS, các hệ thống ứng dụng công nghệ GIS và bản đồ số được phát triển
đem lại những hiệu quả kinh tế, chính trị, xã hội to lớn. Một trong các thế mạnh
hàng đầu của các hệ thông tin này là hỗ trợ quản lý, tra cứu, trình bày thông tin rất
trực quan, khả năng mô hình hóa cao.
Trong lĩnh vực quân sự, GIS đóng vai trò cực kỳ quan trọng. Chúng được áp
dụng nhiều vào các bài toán như quản lý bản đồ mục tiêu, quản lý các đối tượng địa
chính trị, quản lý đất quốc phòng – các địa điểm đóng quân, hỗ trợ công tác cứu hộ
cứu nạn, quản lý và hỗ trợ tác nghiệp bản đồ tác chiến phục vụ công tác tham mưu
tác chiến, huấn luyện, diễn tập..…
Các hệ thống thông tin quân sự hiện nay chủ yếu được xây dựng trên máy đơn
lẽ hoặc mạng LAN quy mô nhỏ, dữ liệu không được cập nhật thường xuyên, phạm
vị khai thác nhỏ và phục vụ cho vài người dùng, không đáp ứng được nhu cầu nhiều
bài toán quân sự thực tế, do đó nhu cầu về xây dựng hệ thông tin địa lý quân sự trên
nền web rất cần thiết. Hơn nữa, nhu cầu chia sẽ dữ liệu ngày càng lớn mà các dữ
liệu để xây dựng hệ thống GIS thường được sử dụng từ nhiều nguồn và có thể được
định dạng theo các chuẩn khác nhau. Dó đó, khi khai thác dữ liệu này, người sử
dụng dễ vấp phải những trở ngại lớn về vấn đề tính tương thích, cũng như việc mua
bán phần mềm, làm quen với việc sử dụng phần mềm. Nhiều ứng dụng được xây
dựng các ứng dụng trên nền tảng công nghệ khác nhau do đó cần phải có chuẩn để
làm cho các ứng dụng có thể giao tiếp được.
Để khắc phục những trở ngại này việc tiến hành xây dựng các hệ thống thông
tin quân sự trên nền WebGIS theo chuẩn mở OGC là một giải pháp tốt được sử
dụng rất nhiều nơi trên thế giới và trong nước.
1
Từ thực tế trên, mục đích chung của đề tài là xây dựng hệ thông tin địa lý quân
sự trên mạng diện rộng dựa trên các công nghệ mã nguồn mở. Mục tiêu cụ thể của
đề tài là:
- Hiểu và nắm được công nghệ GIS, bản đồ số;
- Hiểu và nắm rõ yêu cầu hệ thông tin địa lý quân sự;
- Hiểu và nắm rõ các công nghệ xây dựng bản đồ trên nền Web; chuẩn OGC;
- Giải quyết một số vấn đề thuật toán, kỹ thuật cơ bản;
- Xây dựng ứng dụng hệ thông tin địa lý quân sự trên nền Web.
- Cấu trúc của luận văn gồm: phần mở đầu; chương 1, 2, 3 và 4; phần kết luận
và kiến nghị; tài liệu tham khảo.
Nội dung chính của luận văn:
- Chương 1: Chủ yếu nghiên cứu tổng quan về hệ thống GIS, công nghệ
WebGis, và chuẩn OGC;
- Chương 2: Đi sâu nghiên cứu chuẩn Web Map Service;
- Chương 3: Đi sâu nghiên cứu chuẩn Web Feature Service;
- Chương 4: Xây dựng công cụ tác nghiệp bản đồ tác chiến đa người dùng;
- Kết luận và kiến nghị hướng mở của đề tài.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô Khoa Công nghệ thông tin, Phòng Sau đại
học và các bạn học viên cùng lớp đã giúp đỡ để tôi hoàn thành luận văn này. Đặc
biệt, xin cảm ơn thầy giáo TS Tạ Tuấn Anh đã tận tình hướng dẫn tôi, đã có những
đóng góp vô cùng quý báu để tôi có thể hoàn thành luận văn đạt các yêu cầu đặt ra.
2
Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về công nghệ WebGis
1.1.1. Giới thiệu chung
GIS - Geographic Information System - là hệ thống thông tin địa lý được hình
thành từ ba khái niệm địa lý, thông tin và hệ thống. Khái niệm “địa lý” liên quan
đến các đặc trưng về không gian, vị trí. Các đặc trưng này ánh xạ trực tiếp đến các
đối tượng trong không gian, chúng có thể là đối tượng vật lý, văn hoá, kinh tế…
trong tự nhiên. Khái niệm “thông tin” đề cập đến phần dữ liệu được quản lý bởi
GIS, đó là các dữ liệu về thuộc tính và dữ liệu không gian của đối tượng. GIS có
tính “hệ thống” tức là hệ thống GIS được xây dựng từ các module, việc tạo lập các
module giúp thuận lợi trong việc quản lý và hợp nhất.
Hệ thống thông tin địa lý trên web (WebGIS) là hệ thống thông tin địa lý phân
tán trên một mạng các máy tính để tích hợp, trao đổi các thông tin địa lý trên nền
web. Công nghệ WebGIS này tương tự kiến trúc Client-Server của web. Xử lý
thông tin không gian địa lý được xử lý ở cả phía Server và phía Client. Điều này
cho phép người dùng có thể khai thác thông tin GIS qua trình duyệt web.
Một Client tiêu biểu là một trình duyệt web, một Server bao gồm một Web
Server cung cấp một chương trình ứng dụng GIS trên nền web. Client gửi yêu cầu
dữ liệu bản đồ đến Server ở xa qua môi trường web, Server xử lý thông tin yêu cầu
bằng cách chuyển yêu cầu thành mã nội bộ và gọi những chức năng về GIS thông
qua việc chuyển tiếp các yêu cầu đến phần mềm ứng dụng GIS. Phần mềm này trả
lại kết quả, sau đó kết quả này được định dạng lại và phản hồi lại cho phía Client.
Server trả về kết quả cho Client hiển thị, hoặc gửi dữ liệu hoặc các công cụ phân
tích để Client sử dụng.
Điều quan trọng ở đây chính là công nghệ WebGIS. Công nghệ này có khả
năng làm cho thông tin địa lý trở nên hữu dụng và sẵn sàng tới lượng lớn người sử
dụng trên thế giới. Để WebGIS có thể chạy được trên tất cả các trình duyệt web thì
3
các ứng dụng GIS trên nền web phải được thiết kế theo các kỹ thuật của mạng
Internet.
GIS được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực đời sống kinh tế xã hội, ta có
thể thấy một số ứng dụng cụ thể của GIS trong thực tế là:
- Ứng dụng trong quản lý hệ thống đường phố, như: tìm kiếm địa chỉ khi xác
định được vị trí cho địa chỉ phố hoặc tìm vị trí khi biết trước địa chỉ phố
(geocoding). Quản lý đường giao thông và sơ đồ, điều khiển đường đi, lập kế hoạch
lưu thông xe cộ, phân tích vị trí, chọn khu vực xây dựng các tiện ích như bãi đỗ xe,
ga tàu, lập kế hoạch phát triển giao thông….
- Ứng dụng trong quản lý giám sát tài nguyên, thiên nhiên, môi trường như:
quản lý gió và thuỷ hệ, các nguồn nhân tạo, bình đồ lũ, vùng ngập úng, đất nông
nghiệp, tầng ngập nước, rừng, vùng tự nhiên, phân tích tác động môi trường, xác
định ví trí chất thải độc hại, mô hình hoá nước ngầm và đường ô nhiễm, phân tích
quy hoạch khu dân cư….
- Ứng dụng trong quản lý quy hoạch như: phân vùng quy hoạch sử dụng đất,
các hiện trạng xu thế môi trường, quản lý chất lượng nước….
- Ứng dụng trong quản lý các thiết bị: xác định đường ống ngầm, cáp ngầm,
xác định tải trọng của lưới điện, duy trì quy hoạch các thiết bị, sử dụng đường
điện….
- Ứng dụng trong phân tích tổng điều tra dân số, lập bản đồ các dịch vụ y tế,
bưu điện….
- Và đặc biệt ứng dụng trong quân sự như quản lý bản đồ mục tiêu, quản lý
các đối tượng địa chính trị, quản lý đất quốc phòng – các địa điểm đóng quân, hỗ
trợ công tác cứu hộ cứu nạn, quản lý và hỗ trợ tác nghiệp bản đồ tác chiến phục vụ
công tác tham mưu tác chiến, huấn luyện, diễn tập….
1.1.2. Kiến trúc hệ thông tin địa lý trên nền web
Dịch vụ web thông tin địa lý hay còn được gọi là WebGIS được xây dựng để
cung cấp các dịch vụ về thông tin địa lý theo công nghệ web service. Chính vì thế
nên bất cứ WebGIS nào cũng phải thỏa mãn kiến trúc ba tầng thông dụng của một
4
ứng dụng web. Sau đó tùy thuộc vào từng loại công nghệ và các cách thức phát
triển, mở rộng khác nhau mà WebGIS sẽ trở thành n tầng khác nhau. Kiến chung 3
tầng của WebGIS được mô tả hình dưới bao gồm tầng trình bày, tầng giao dịch và
tầng dữ liệu được trình bày trong hình
Hình 1.1. Mô hình 3 lớp trong kiến trúc WebGIS
Tầng trình bày: Thông thường chỉ là các trình duyệt Internet Explorer,
Mozilla Firefox ... để mở các trang web theo URL được định sẵn. Các ứng dụng
client có thể là một website, Applet, Flash,… được viết bằng các công nghệ theo
chuẩn của W3C. Các Client đôi khi cũng là một ứng dụng desktop tương tự như
phần mềm MapInfo, ArcMap,…
Tầng giao dịch: thường được tích hợp trong một webserver nào đó, ví dụ như
Tomcat, Apache, Internet Information Server. Đó là một ứng dụng phía server
nhiệm vụ chính của nó thường là tiếp nhận các yêu cầu 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 kết quả về theo yêu cầu. Tùy theo yêu cầu của 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, thậm trí client có thể xử
lý một số bài tóan về không gian. Thông thường các phản hồi và request đều theo
chuẩn HTTP POST hoặc GET.
Tầng dữ liệu: 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, MS SQL SERVER, ESRI SDE, POSGRESQL,… hoặc là các
file dữ liệu dạng flat như shapefile, tab, XML,… Các dữ liệu này được thiết kế, cài
5
đặt và xây dựng theo từng quy trình, từng quy mô bài toán ... mà lựa chọn hệ quản
trị cơ sở dữ liệu phù hợp.
Cơ sở dữ liệu không gian sẽ được dùng để quản lý và truy xuất dữ liệu không
gian, được đặt trên data server. Nhà kho hay nơi lưu trữ được dùng để lưu trữ và
duy trì những siêu dữ liệu về dữ liệu không gian tại những data server khác nhau.
Dựa trên những thành phần quản lý dữ liệu, ứng dụng server và mô hình server
được dùng cho ứng dụng hệ thống để tính toán thông tin không gian thông qua các
hàm cụ thể. Tất cả kết quả tính toán của ứng dụng server sẽ được gửi đến web
server để thêm vào các gói HTML, gửi cho phía client và hiển thị nơi trình duyệt
web.
Xem hình minh họa dưới đây. Lưu ý là tất cả các thành phần đều được kết nối
nhau thông qua mạng Internet.
Hình 1.2. Các bước xử lý thông tin của WebGIS
6
1.1.3. Các bước xử lý
Client gửi yêu cầu của người sử dụng thông qua giao thức HTTP đến
webserver.
Web server nhận yêu cầu của người dùng gửi đến từ phía client, xử lý và
chuyển tiếp yêu cầu đến ứng dụng trên server có liên quan.
Application server (chính là các ứng dụng GIS) nhận các yêu cầu cụ thể đối
với ứng dụng và gọi các hàm có liên quan để tính toán xử lý. Nếu có yêu cầu dữ liệu
nó sẽ gửi yêu cầu dữ liệu đến data exchange server(server trao đổi dữ liệu)..
Data exchange server nhận yêu cầu dữ liệu và tìm kiếm vị trí của những dữ
liệu này sau đó gửi yêu cầu dữ liệu đến server chứa dữ liệu (data server ) tương ứng
cần tìm.
Data server dữ liệu tiến hành truy vấn lấy ra dữ liệu cần thiết và trả dữ liệu này
về cho data exchange server
Data exchange server nhận dữ liệu từ nhiều nguồn data server khác nhau nằm
rải rác trên mạng. Sắp xếp dữ liệu lại theo logic của yêu cầu dữ liệu,sau đó gửi trả
dữ liệu về cho application server.
Application server nhận dữ liệu trả về từ các data exchange server và đưa
chúng đến các hàm cần sử dụng, xử lý chúng tại đây và kết quả được trả về cho web
server.
Web server nhận về kết quả xử lý, thêm vào các ngữ cảnh web (HTML,
PHP..) để có thể hiển thị được trên trình duyệt và cuối cùng gửi trả kết quả về cho
trình duyệt dưới dạng các trang web.
7
Hỉnh 1.3. Quá trình xử lý thông tin của WebGIS
1.1.4. Các hình thức triển khai
Trong mô hình hoạt động của WebGIS được chia ra 2 phần : các hoạt động ở
phía máy khách (client side) và các hoạt động xử lý ở phía máy chủ ( server side).
Client side
Client side được dùng để hiển thị kết quả đến cho người dùng, nhận các điều
khiển trực tiếp từ người dùng và tương tác với web server thông qua trình duyệt
web. Các trình duyệt web sử dụng chủ yếu HTML để định dạng trang web. Thêm
vào đó một vài plug-in, ActiveX và các mã Applet được nhúng vào trình duyệt để
tăng tính tương tác với người dùng.
Server side
Gồm có: Web server, Application server, Data server và Clearinghouse..
Server side có nhiệm vụ lưu trữ dữ liệu không gian, xử lý tính toán và trả về kết quả
(dưới dạng hiển thị được) cho client side.
8
Web server: Web server được dùng để phục vụ cho các ứng dụng web, web
server sử dụng nghi thức HTTP để giao tiếp với trình duyệt web ở phía client. Tất
cả các yêu cầu từ phía client đối với ứng dụng web đều được web server nhận và
thông dịch và sau đó gọi các chức năng của ứng dụng thông qua các giao tiếp mạng
như MAPI, Winsock, namped pipe…
Application server: Đây là phần chương trình gọi các hàm xử lý GIS, gửi yêu
cầu lấy dữ liệu đến clearinghouse
Data server: Data server là phần cơ bản của hầu hết các hệ thống thông tin với
nhiệm vụ quản lý và điều khiển truy cập dữ liệu. Ban đầu, đa số GIS sử dụng File
System để quản lý dữ liệu không gian và DBMS (Database Management System)
để quản lý dữ liệu thuộc tính. Ngày nay có nhiều sản phẩm và giải pháp phần mềm
thay thế để quản lý dữ liệu không gian và thuộc tính một cách chung nhất
Ví dụ:
SDE của ESRI (1998), SpatialWare của MapInfo (1998)…
Nhìn chung các cơ sở dữ liệu sử dụng đều là các cơ sở dữ liệu quan hệ, và
trong tương lai sẽ thay thế bằng cơ sở dữ liệu hướng đối tượng như Clearinghouse.
Clearinghouse được sử dụng để chứa dữ liệu về dữ liệu không gian được quản lý
bởi các data server. Clearinghouse đóng vai trò như một cuốn catalog,
clearinghouse tìm kiếm trong catalog này để tìm dữ liệu cần.
Có 2 chiến thuật lựa chọn, tương ứng với 2 kiểu triển khai, kiểu thứ nhất tập
trung công việc chủ yếu cho phía server, kiểu kia ngược lại tập trung công việc cho
phía client.
1.1.4.1. Kiến trúc hướng server
Những chiến thuật này tập trung vào việc cung cấp dữ liệu GIS và phân tích
“theo yêu cầu” bởi một server đủ mạnh, server này sẽ truy cập dữ liệu và phần mềm
cần thiết để xử lý dữ liệu.
Chiến thuật server- side có thể so sánh với mô hình sử dụng máy mainframe
để chạy GIS trong một mạng cục bộ. Trong đó, máy client cấu hình không đòi hỏi
9
cao,chỉ cần chạy chương trình để gửi các yêu cầu và hiển thị được các trả lời từ
server.
Các bước xử lý:
Hình 1.4. Kiến trúc hướng phục vụ
Các thuận lợi và khó khăn của kiến trúc này
Thuận lợi
Với server có cấu hình mạnh được sử dụng, người dùng có thể truy xuất trên
tập dữ liệu lớn hơn và phức tạp lớn. Thay vì phải xử lý trên máy client, hầu hết
không được cấu hình mạnh và việc truyền dữ liệu lớn qua mạng Internet sẽ gây
nhiều khó khăn.
Cũng với server mạnh, việc phân tích, xử lý các chức năng GIS sẽ được tiến
hành nhanh và không đòi hỏi quá nhiều ở người dùng sự am hiểu.
Kiểm soát được các thao tác của người dùng (chủ yếu là đơn giản) trên dữ liệu
và luôn đảm bảo người dùng nhận kết quả đúng từ dữ liệu (do phía client không
phải xử lý nhiều).
Khó khăn
Với chiến thuật này thì dù yêu cầu là nhỏ (client hoàn toàn xử lý được) hay
lớn, tất cả đều gửi về phía server, và server xử lý xong lại gửi trả về cho client thông
qua đường truyền trên mạng.
Hiệu năng của hệ thống WebGIS sẽ bị ảnh hưởng bởi băng thông và đường
truyền mạng Internet giữa server và client. Nhất là khi mà kết quả trả về phải mang
chuyển những file lớn.
Hệ thống WebGIS sử dụng chiến thuật này không tận dụng được khả năng xử
lý trên máy client. Chủ yếu client chỉ xử lý gửi yêu cầu và hiển thị kết quả đáp ứng.
10