Nghiên cứu giải pháp biểu diễn cơ sở dữ liệu địa chính trên nền web bằng một số công cụ mã nguồn mở

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN HỮU CÁC NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP BIỂU DIỄN CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA CHÍNH TRÊN NỀN WEB BẰNG MỘT SỐ CÔNG CỤ MÃ NGUỒN MỞ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà Nội – 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN HỮU CÁC NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP BIỂU DIỄN CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA CHÍNH TRÊN NỀN WEB BẰNG MỘT SỐ CÔNG CỤ MÃ NGUỒN MỞ Ngành: Kỹ thuật trắc địa - đồ Mã số: 8520503 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Lã Phú Hiến Hà Nội – 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu dƣới hƣớng dẫn TS Lã Phú Hiến Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Ngƣời cam đoan Nguyễn Hữu Các ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC HÌNH VẼ vi DANH MỤC BẢNG viii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu 3 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Ý nghĩa khoa học Ý nghĩa thực tiễn Cấu trúc Luận văn CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA CHÍNH 1.1 Khái quát sở liệu địa 1.1.1 Các khái niệm 1.1.2 Nội dung, cấu trúc kiểu thông tin liệu địa 1.1.3 Siêu liệu địa 1.1.4 Chất lƣợng liệu địa 1.1.5 Trao đổi, phân phối liệu siêu liệu địa 10 1.2 Xây dựng, cập nhật, quản lý khai thác sử dụng sở liệu địa 10 1.2.1 Nguyên tắc xây dựng, cập nhật, quản lý khai thác sử dụng sở liệu địa 10 1.2.2 Trách nhiệm xây dựng, cập nhật, quản lý khai thác sử dụng sở liệu địa 11 1.3 Xây dựng cập nhật sở liệu địa 12 1.3.1 Xây dựng CSDL địa 12 1.3.2 Cập nhật sở liệu địa 16 iii 1.4 Phƣơng pháp quản lý, khai thác CSDL địa 18 1.4.1 Phƣơng pháp quản lý nhà nƣớc CSDL địa 18 1.4.2 Phƣơng pháp quản lý kỹ thuật CSDL địa 19 1.4.3 Khai thác CSDL địa 23 1.5 Phƣơng pháp biểu diễn CSDL địa 24 1.6 Ứng dụng công nghệ mã nguồn mở quản lý CSDL địa Việt Nam 25 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WEBGIS MÃ NGUỒN MỞ 27 2.1 Khái niệm WebGIS 27 2.2 Định dạng cấu trúc liệu đồ web 28 2.2.1 Dữ liệu raster 28 2.2.2 Dữ liệu Vector 30 2.3 Cấu trúc thành phần hệ thống WebGIS 33 2.3.1 Cấu trúc 33 2.3.2 Các thành phần Web GIS Server 34 2.4 Ƣu điểm công nghệ WebGIS mã nguồn mở 38 2.5 Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ WebGIS mã nguồn mở 40 CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP BIỂU DIỄN CSDL ĐỊA CHÍNH TRÊN NỀN WEB BẰNG CƠNG CỤ MÃ NGUỒN MỞ 42 3.1 Giới thiệu số thƣ viện mã nguồn mở sử dụng WebGIS: 42 3.1.1 Mapnik 42 3.1.2 OpenLayers 42 3.1.3 ExtJS 43 3.1.4 GeoExt 43 3.1.5 Leaflet 43 3.2 Biểu diễn CSDL địa web công cụ mã nguồn mở 44 3.2.1 Cấu trúc hệ thống biểu diễn CSDL địa web 44 3.2.2 Các thành phần WebGIS biểu diễn CSDL địa 45 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 47 iv 4.1 Khu vực liệu thực nghiệm 47 4.2 Quy trình thực nghiệm công cụ/thƣ viện sử dụng 47 4.2.1 Chuẩn hóa liệu 48 4.2.2 Tạo CSDL PostGIS nhập liệu 48 4.2.3 Tải liệu từ CSDL lên GeoServer 48 4.2.4 Thiết kế website đƣa liệu đồ web lên host 49 4.3 Kết thực nghiệm 49 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tên đầy đủ CSDL Cơ sở liệu SDĐ Sử dụng đất XML eXtensible Markup Language GML Geography Markup Language CD Compact Disc PSD Adobe PhotoShop IMG Erdas Imagine BMP Window Bitmap JPEG Joint Photographic Experts Group GIF Graphics Interchange Format PNG Portable Network Graphic TIFF Tagged Image File Format SVG Scalable Vector Graphic PDF Adobe Portable Document GIS Geographic Information System QGIS Quantum GIS OSM Open Street Map BCS Đất chƣa sử dụng CCC Đất cơng trình công cộng DGT Đất giao thông ODT Đất đô thị SKC Đất sở sản xuất kinh doanh phi nơng nghiệp vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Các nhóm liệu cấu thành CSDL Địa Hình 1.2: Sơ đồ liên kết nhóm liệu thành phần Hình 1.3: Các nhóm thơng tin cấu thành siêu liệu Địa Hình 1.4: Quy trình xây dựng CSDL địa 14 Hình 1.5: Thành phần ArcEngine 23 Hình 2.1: Nguyên lý hoạt động Web map (Pehani nnk, 2009) 27 Hình 2.2: Cấu trúc hệ thống Webmap(Heda Chikurde,2016)33 Hình 3.1: Các thành phần hệ thống đồ web 44 Hình 4.1: Quy trình thực nghiệm 47 Hình 4.2: Tạo CSDL PostGIS 49 Hình 4.3: Kết nối CSDL Phƣờng Tân Bình QGIS 50 Hình 4.4: Nhập liệu vào CSDL 51 Hình 4.5: Dữ liệu từ CSDL PTanbinh với lớp liệu sau đƣợc nhập vào QGIS 51 Hình 4.6: Tạo Workspace (a) tải liệu lên Data Store (b) GeoServer 52 Hình 4.7: Xem trƣớc lớp liệu Geoserver 53 Hình 4.8: Thiết đặt trƣờng liệu cần thể web 54 Hình 4.9: Nội dung trang web đƣợc tạo từ công cụ QGIS2WEB 54 Hình 4.10: Giao diện trang web Thơng tin địa Phƣờng Tân Bình 58 Hình 4.11: Giao diện trang web hiển thị thơng tin địa Phƣờng Tân Bình với đồ OSM 59 Hình 4.12: Giao diện trang web hiển thị lớp Hiện trạng sử dụng đất 60 Hình 4.13: Giao diện trang web hiển thị lớp ranh giới đất ảnh vệ tinh 61 Hình 4.14: Tìm kiếm đất theo tên Chủ SDĐ (a) Hiển thị Thông tin thuộc tính đất (b) 62 Hình 4.15: Sử dụng công cụ đo để (a) xác định chu vi diện tích đất (b) xác định tọa độ điểm 62 vii Hình 4.16: Truy cập trang web điện thoại thông minh SamSung Galaxy S5: (a) Giao diện; (b) Kiểm tra thông tin đất 63 54 Hình 4.8: Thiết đặt trƣờng liệu cần thể web Hình 4.9: Nội dung trang web đƣợc tạo từ công cụ QGIS2WEB 55 Dựa nội dung xuất bƣớc trên, số dòng code đƣợc thêm vào file HTML file JavaScript để bổ sung thêm nội dung mới, ví dụ nhƣ: (1) Đọc liệu từ Geoserver var wmsLayer = L.tileLayer.wms('http://localhost:8080/geoserver/CSDLDC/wms?', { layers: 'CSDLDC:tanbinh_DC', crs: L.CRS.EPSG4326, maxZoom: 21, transparent: 'true', fill: 'false' } ); (2) Thêm minimap //add Mini Map var osmUrl = 'http://{s}.tile.openstreetmap.org/{z}/{x}/{y}.png'; var osmAttrib = 'Map data © OpenStreetMap contributors'; var osm2 = new L.TileLayer(osmUrl, { minZoom: 0, maxZoom: 13, attribution: osmAttrib }); var miniMap = new L.Control.MiniMap(osm2, { toggleDisplay: true }).addTo(map); (3) Thêm lựa chọn đồ ảnh vệ tinh //Add ESRI Imagery base map var baseLayers = { 'OSM': basemap0, 'ESRI Imagery': L.tileLayer.provider('Esri.WorldImagery') }; 56 (4) Thêm thƣớc tỷ lệ //add Scale bar to map L.control.scale({ position: 'bottomleft' }).addTo(map); (5) Thêm tiêu đề menu phụ Thơng tin địa P Tân Bình Menu

57
• Giới Thiệu
• Hƣớng dẫn
• Câu hỏi thƣờng gặp
• Góp Ý

Để tăng tính trực quan liệu, liệu địa hiển thị đồ OpenStreeMap (OSM) ảnh vệ tinh miễn phí từ ESRI Trang web hồn thiện có giao diện nhƣ Hình 4.10, bao gồm thành phần: (1) Khung hiển thị liệu đồ; (2) Công cụ quản lý lớp liệu; (3) Nút phóng to, thu nhỏ đồ; (4) Cơng cụ tìm kiếm; (5) Cơng cụ đo kích thƣớc; (6) Minimap; (7) Thƣớc tỷ lệ; (8) Thanh tiêu đề menu phụ; (9) Hộp thoại hiển thị thơng tin thuộc tính 58 (8) (3) (5) (4) (2) (9) (1) (7) (6) Hình 4.10: Giao diện trang web Thơng tin địa Phƣờng Tân Bình Các chức trang web bao gồm: (1) Hiển thị ranh giới đất đồ OSM (xem Hình 4.11) ảnh vệ tinh (xem Hình 4.13); (2) Hiển thị thông tin trạng sử dụng đất (xem Hình 4.12); (3) Hiển thị số thơng tin thuộc tính quan trọng đất ngƣời dùng bấm chuột trái vào đất (xem Hình 4.14(b)); (4) Cho phép ngƣời dùng tìm kiếm đất theo Tên chủ SDĐ (xem Hình 4.14(a)); (5) Ngồi trang web cho phép thực hiên phép đo đạc đơn giản (cơng cụ số Hình 4.10), hiển thị đồ nhỏ (ơ số Hình 4.10) góc dƣới với thƣớc tỷ lệ (ơ số hình 4.10) cho phép ngƣời dùng dễ dàng theo dõi khu vực quan sát 59 Hình 4.11: Giao diện trang web hiển thị thông tin địa Phƣờng Tân Bình với đồ OSM Hình 4.11 hiển thị đồ địa đồ OSM, thấy đồ OSM có số khu vực chƣa khớp với đồ địa chính, nhiên, mục đích đồ OSM để tăng tính trực quan liệu địa chính, khơng cần phải u cầu đồ độ xác cao Để bật tắt lớp liệu cần đánh dấu  vào lớp liệu cần hiển thị Ví dụ: Hình 4.12 minh họa Bản đồ Hiện trạng SĐD đƣợc lựa chọn để hiển thị trang web Có thể thấy rõ trạng sử dụng đất khu vực thông qua việc phân loại đất thành lớp: (1) BCS; (2) CCC; (3) DGT; (4) ODT; (5) SKC; lớp đƣợc tơ màu riêng biệt để tăng thêm tính trực quan 60 Hình 4.12: Giao diện trang web hiển thị lớp Hiện trạng sử dụng đất Hình 4.13 minh họa đồ địa ảnh vệ tinh chọn đồ layer ESRI Imagery, nhiên ảnh vệ tinh khu vực bị giới hạn số phóng to, nên xem ảnh vệ tinh để chế độ zoom nhƣ Hình 4.13, zoom lớn ảnh vệ tinh không hiển thị Lý chủ yếu khu vực đƣợc nhà phát triển ứng dụng quan tâm, nhà cung cấp ảnh khơng cập nhật ảnh chế độ phóng to để giảm dung lƣợng ảnh tải lên web 61 Hình 4.13: Giao diện trang web hiển thị lớp ranh giới đất ảnh vệ tinh Bên cạnh chức biểu diễn đồ nhƣ trên, trang web cho phép ngƣời dùng kiểm tra thơng tin thuộc tính đất Ngƣời dùng cần thực thao tác đơn giản click chuột vào đất cần xem thông tin, thơng tin thuộc tính nhƣ Số tờ, Số thửa, Diện tích, Loại đất, Đối tƣợng, Tên chủ SDĐ, Tình trạng pháp lý … hiển thị hộp thông tin nhƣ Hình Các thơng tin thuộc tính muốn hiển thị web đƣợc thiết đặt phần mềm QGIS nhƣ Hình 4.14(b) Ngồi để tiện cho ngƣời dùng truy vấn thông tin, trang web cung cấp thêm chức tìm kiếm đơn giản theo Tên chủ SDĐ nhƣ Hình 4.14(a) Tuy nhiên, tính truy vấn thơng tin tƣơng đối đơn giản, chƣa thể truy vấn theo thông tin khác, hay kết hợp nhiều thơng tin để đƣa kết xác 62 (a) (b) Hình 4.14: Tìm kiếm đất theo tên Chủ SDĐ (a) Hiển thị Thông tin thuộc tính đất (b) Để xác định tọa độ điểm, chiều dài đƣờng bất kỳ, chu vi, diện tích đất bất kỳ, ngƣời dùng sử dụng cơng cụ đo đạc (ơ số Hình 4.10) Hình 4.15 minh họa kết đo vùng (Hình 4.15(a)) kết xác định tọa độ điểm đồ (Hình 4.15(b)) Tuy nhiên, tọa độ điểm đƣợc thể hệ tọa độ địa lý, chƣa có lựa chọn thể tọa độ hệ tọa độ địa phƣơng VN2000 (a) (b) Hình 4.15: Sử dụng cơng cụ đo để (a) xác định chu vi diện tích đất (b) xác định tọa độ điểm 63 Để thử nghiệm khả tƣơng thích với thiết bị di động thơng thƣ viện Leaflet Các tính trang web đƣợc thử nghiệm điện thoại di động SamSung Galaxy S5 nhƣ Hình 4.16, với địa trang web www.csdldctanbinh.cf http://www.gisweb.cf Khi truy cập trang web điện thoại thông minh ngƣời dùng sử dụng đƣợc tất tính trang web nhƣ máy tính (a) (b) Hình 4.16: Truy cập trang web điện thoại thông minh SamSung Galaxy S5: (a) Giao diện; (b) Kiểm tra thơng tin đất Ngồi số tính nhƣ trên, trang web cịn đƣợc thiết kế thêm số thực đơn phụ nhƣ Giới thiệu, Hƣớng dẫn, Câu hỏi thƣờng gặp, Góp ý để ngƣời dùng dễ dàng sử dụng trang web nhƣ gửi câu hỏi góp ý yêu cầu tới nhà quản lý Tuy nhiên, nội dung trọng tâm luận văn nên thực đơn chƣa đƣợc hoàn thiện 64 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận văn đƣa quy trình biểu diễn trực quan CSDL địa web công cụ mã nguồn mở QGIS, GeoServer thƣ viện mã nguồn mở Leaflet Quy trình đƣợc thử nghiệm thành cơng CSDL địa phƣờng Tân Bình, thành phố Hải Dƣơng Kết thực nghiệm cho thấy trang web biểu diễn CSDL địa phƣờng Tân Bình dựa thƣ viện Leaflet có tính trực quan cao, cho phép ngƣời dùng truy cập trang web thông qua máy tính cá nhân thiết bị di động thơng minh nhƣ điện thoại di động, máy tính bảng Trang web cung cấp số tiện ích giúp ngƣời dùng dễ dàng quan sát vị trí khu đất, xác định thơng tin thuộc tính quan trọng khu đất, dễ dàng tìm kiếm khu đất theo tên chủ SDĐ Ngƣời dùng đo đạc yếu tố không gian đất bất kỳ, đƣờng bất kỳ, hay điểm Tuy nhiên tọa độ điểm đồ web cho phép hiển thị hệ tọa độ địa lý Do đó, tƣơng lai cần hồn thiện tính phép ngƣời dùng hiển thị tọa độ điểm hệ tọa độ VN2000 Kết thực nghiệm cho thấy, đồ OSM hoàn toàn phù hợp để sử dụng làm đồ để minh họa cho liệu địa web Tuy nhiên, ảnh vệ tinh miễn phí ESRI cung cấp bị giới hạn số phóng to khu vực thực nghiệm, nguồn ảnh phù hợp sử dụng thành phố lớn, khu vực phát triển Kết thực nghiệm cho thấy rằng, số hạn chế việc ứng dụng công nghệ mã nguồn mở quản lý biểu diễn CSDL địa web hồn tồn khả thi Với ƣu điểm hồn tồn miễn phí, cho phép ngƣời phát triển tùy biến tính năng, thƣ viện mã nguồn mở ngày trở nên phổ biến hoàn thiện Do đó, tƣơng lai, tác giả mong muốn đƣợc nghiên cứu sâu hơn, để hồn thiện tính trang web, từ ứng dụng cho quy mô lớn hơn, nhƣ quy mô tỉnh/thành phố, hay rộng quy mơ quốc gia Từ thống CSDL địa nƣớc thành khối, giúp công tác 65 quản lý, chia sẻ liệu tỉnh thành ngành, quan dễ dàng hơn, nâng cao hiệu liệu 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ Tài nguyên Môi trƣờng (2009), Thông tư số 05/2009/TT-BTNMT ngày 01/6/2009 Bộ Tài nguyên Môi trường Hướng dẫn kiểm tra, thẩm định nghiệm thu cơng trình, sản phẩm địa Bộ Tài ngun Mơi trƣờng (2014), Thông tư 24/2014/TT-BTNMT ngày 19 tháng năm 2014 Bộ Tài nguyên Môi trường quy định Hồ sơ địa Bộ Tài nguyên Môi trƣờng (2017), Thông tư số 35/2017/TT-BTNMTcủa Bộ Tài nguyên Môi trường Ban hành Định mức Kinh tế - Kỹ thuật xây dựng sở liệu đất đai Trần Thùy Dƣơng, Nguyễn Thị Kim Yến, Đặng Thị Hồng Nga, Phạm Thị Kim Thoa (2016), Hệ thống thơng tin đất đai 2, Trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất Hoàng Anh Đức Lê Văn Hƣng (2016), Thiết kế website, NXB Giáo dục Việt Nam Phạm Thế Hùng (2015), “Xây dựng hệ thống tra cứu thông tin địa trực tuyến cơng nghệ WebGIS mã nguồn mở khu vực thành phố Long Xuyên, An Giang”, Tạp chí Khoa học Trường Đại học An Giang, 8(4), trang 98-104 Lê Văn Hƣng, Hồ Thị Thảo Trang (2016), Lập trình cho thiết bị di động tảng Android, NXB Giáo dục Việt Nam Trần Nam Phong, Đỗ Thành Long, Trần Thái Bình (2014), “Phát triển ứng dụng GIS Web-GIS sử dụng phần mềm mã nguồn mở”, Kỷ yếu hội thảo ứng dụng GIS toàn quốc 2014 Nguyễn Cẩm Vân (2011), Bản đồ học đại mơ hình hóa đồ, Trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất 10 Nguyễn Trƣờng Xn (2002), Giáo trình Hệ thơng tin Địa lý, Trƣờng ĐH MỏĐịa Chất 67 11 Nguyễn Trƣờng Xuân (2010), Giáo trình Cơng nghệ WebGIS, Trƣờng ĐH MỏĐịa Chất 12 Agrawal S., Gupta R.D (2014), “Development and comparison of open source based web gis frameworks on wamp and apache tomcat web servers”, The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, XL-4, pp.1-5 13 Alesheikh A.A., Helali H., Behroz H.A (2002), “Web GIS: Technologies and Its Applications”, Symposium on Geospatial Theory, Processing and Applications, Ottawa, pp 1-9 14 Golhani K., Rao A.S., Dagar J.C (2015), “Utilization of Open-Source Web GIS to Strengthen Climate Change Informatics for Agriculture”, In: Singh A., Dagar J., Arunachalam A., R.G., Shelat K (eds) Climate Change Modelling, Planning and Policy for Agriculture-Springer, New Delhi, pp 87-91 15 Heda M.R., Chikurde S.V (2016), “A Review: Geo-Information Technology for Web-Mapping Application”, International Journal of Advanced Research in Computer and Communication Engineering, 5(3), pp 582-585 16 Leaflet (2018), Overview, Retrieved July 15, 2018 from http://leafletjs.com/index.html 17 Pehani P., Oštir K., Landre M (2008), “Interactive Map for caENTI Application of the Web Mapping Technology”, In International Conference of Territorial Intelligence, Besanỗon, France, pp.1-10 18 Peterson M (2012), Online Maps with APIs and Web Services, Berlin, Heidelberg: Springer 19 Rinaudo F., Agosto E., Ardissone P (2007), “GIS and Web-GIS, Commercial and Open Source Platforms: General Rules for Cultural Heritage Documentation”, XXI International CIPA Symposium, 01-06 October 2007, Athens, Greece, pp 1-6 68 Sigh H., Gambhir D (2014), “An Open Source Approach to Build a Web GIS Application”, International Journal of Computer Science and Technology, 5(1), pp 50-52 20 Swain N., Latu K., Christensen S., Jones N., Nelson E., Ames D., & Williams G (2015), “A Review of Open Source Software Solutions for Developing Water Resources Web Applications”, Environmental Modelling & Software, 67, pp.108-117 21 Tiwari A., Jain K (2017), Concepts and Applications of Web GIS (Computer Science, Technology and Applications), Nova Science Pub Inc ... TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN HỮU CÁC NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP BIỂU DIỄN CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA CHÍNH TRÊN NỀN WEB BẰNG MỘT SỐ CÔNG CỤ MÃ NGUỒN MỞ Ngành: Kỹ thuật trắc địa - đồ Mã số: 8520503 LUẬN... biểu diễn sở liệu địa web số công cụ mã nguồn mở? ?? 3 Mục đích nghiên cứu - Đƣa đƣợc Quy trình biểu diễn trực quan liệu địa Web công cụ mã nguồn mở - Thiết kế đƣợc Trang web hiển thị liệu địa khu... định Dữ liệu địa chính: liệu khơng gian địa chính, liệu thuộc tính địa liệu khác có liên quan Cơ sở liệu địa chính: tập hợp thơng tin có cấu trúc liệu địa Dữ liệu khơng gian địa chính: liệu vị