ISSN 1859 3100 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH TẠP CHÍ KHOA HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ Tập 14, Số 6 (2017) 131 137 HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF EDUCATION JOURNAL OF SCIENCE NATURAL SCI[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH TẠP CHÍ KHOA HỌC ISSN: 1859-3100 HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF EDUCATION JOURNAL OF SCIENCE KHOA HỌC TỰ NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ Tập 14, Số (2017): 131-137 NATURAL SCIENCES AND TECHNOLOGY Vol 14, No (2017): 131-137 Email: tapchikhoahoc@hcmue.edu.vn; Website: http://tckh.hcmue.edu.vn NGHIÊN CỨU CÁC CÔNG NGHỆ GIS MÃ NGUỒN MỞ NHẰM QUẢN LÍ DỮ LIỆU ẢNH VIỄN THÁM THƠNG QUA HỆ THỐNG MẠNG LAN Nguyễn Sách Thành*, Đào Khánh Hoài , Nguyễn Thị Thu Nga Trường Đại học Lê Q Đơn Ngày Tịa soạn nhận bài: 10-01-2017; ngày phản biện đánh giá: 03-5-2017; ngày chấp nhận đăng: 19-6-2017 TĨM TẮT Ngày nay, cơng nghệ mã nguồn mở trở nên phổ biến phát triển, đặc biệt lĩnh vực hệ thơng tin địa lí Chúng cho phép nhà phát triển phần mềm xây dựng dự án mà không phụ thuộc vào tảng thương mại Trên sở nghiên cứu công nghệ GIS mã nguồn mở PostGIS, MapWinGIS, GDAL, nhóm tác giả đề xuất giải pháp phần mềm quản lí nguồn liệu ảnh viễn thám thông qua hệ thống mạng cục nhằm hỗ trợ hoạt động sản xuất lĩnh vực GIS, viễn thám Từ khóa: ảnh viễn thám, GDAL, hệ thơng tin địa lí, MapWinGIS, PostGIS ABSTRACT Studying open source GIS technologies for remote sensing imagery data management via LAN system Nowadays, open source technology has become popular and considerable, especially in the field of geographic information system (GIS) It allows software developers to realize many projects without dependence on the commercial platforms Based on utilization of open source GIS software such as PostGIS, MapWinGIS, GDAL, authors propose a software solution for managing remote sensing data source via LAN system in order to support production activities in the field of GIS, remote sensing Keywords: remote sensing image, GDAL, Geographic information system, MapWinGIS, PostGIS Mở đầu Trên giới, phát triển công nghệ viễn thám tạo nguồn liệu ảnh đa dạng Cơng việc quản lí chúng trở nên quan trọng phức tạp Một số quan phủ, doanh nghiệp lớn xây dựng hệ thống quản lí liệu ảnh vệ tinh Cục khảo sát địa chất Hoa Kì (USGS), Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) [12-13], v.v nhằm cung cấp nguồn liệu ảnh vệ tinh miễn phí thương mại cho tất đối tượng, khách hàng giới Ở Việt Nam, viễn thám ứng dụng 20 năm khẳng định vai trò quan trọng phát triển kinh tế xã hội an ninh – quốc phịng * Email: thanhns.dth@gmail.com TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Tập 14, Số (2017): 131137 Hiện nay, có hai xu hướng phát triển phần mềm tảng mã nguồn mở thương mại Đặc biệt, tảng mã nguồn mở phát triển mạnh mẽ ngày trở nên phổ biến tính cộng đồng, linh hoạt tiện ích Khơng nằm ngồi xu hướng đó, cơng nghệ GIS mã nguồn mở đông đảo nhà phát triển ứng dụng tham gia Phát triển ứng dụng GIS mã nguồn mở giảng dạy, nghiên cứu sản xuất coi phương châm chiến lược nhiều trường đại học, tổ chức, quan [4-6] Các dự án GIS mã nguồn mở tạo nhiều sản phẩm tiếng sở liệu không gian PostGIS, tảng phát triển ứng dụng MapWinGIS, thư viện GDAL, v.v Trong năm gần đây, nhiều nhà khoa học, nghiên cứu, nhà phát triển ứng dụng Việt Nam xây dựng nhiều dự án, phần mềm dựa tảng GIS mã nguồn mở phục vụ nhiệm vụ phát triển kinh tế - xã hội giám sát, đánh giá biến đổi khí hậu, mơi trường; khai thác, quản lí tài ngun thiên nhiên; theo dõi mức độ biến đổi thảm thực vật, độ che phủ rừng, v.v [1-3] Tuy nhiên, ứng dụng quản lí nguồn liệu ảnh viễn thám cịn chưa nhiều Tác giả Trần Tuấn Đạt công bố cơng trình khoa học tạp chí Tài ngun Môi trường “Xây dựng công cụ hỗ trợ quản lí khai thác hiệu liệu viễn thám VNREDSat-1” Đây toán giải vấn đề tra cứu thơng tin quản lí liệu ảnh VNREDSat-1 Cục viễn thám Quốc gia Hiện nay, nhiều công ti, quan, doanh nghiệp phải quản lí lượng lớn nguồn tư liệu viễn thám khác spot, landsat, VNREDSat-1, kompsat, v.v Cơng việc quản lí tra cứu chúng trở nên khó khăn tính đa dạng, phức tạp mặt cấu trúc, thuộc tính khơng gian nguồn liệu Việc xây dựng giải pháp để tra cứu quản lí đa nguồn liệu ảnh viễn thám nội đơn vị cần thiết Bài báo trình bày giải pháp quản lí nguồn liệu ảnh viễn thám khác dựa tảng GIS mã nguồn mở Kết nghiên cứu phần mềm quản lí liệu ảnh viễn thám, thiết kế xây dựng để hoạt động hệ thống mạng nội doanh nghiệp nhằm phục vụ q trình sản xuất cơng tác quản lí, tra cứu, cấp phát báo cáo thơng kê liệu Nội dung nghiên cứu 2.1 Công nghệ GIS mã nguồn mở Hiện nay, có nhiều tảng, phần mềm GIS mã nguồn mở miễn phí phục vụ cho việc nghiên cứu, phát triển dự án khác QGIS, MapWinGIS, PostGIS, v.v Tuy nhiên, tùy vào mục đích, yêu cầu dự án mà nhà phát triển phần mềm lựa chọn tảng Với mục tiêu xây dựng giải pháp phần mềm quản lí đa nguồn liệu ảnh viễn thám hệ thống mạng cục bộ, nhóm tác giả nghiên cứu lựa chọn số tảng phát triển MapWinGIS, PostGIS, GDAL • MapWinGIS MapWinGIS tảng phát triển ứng dụng hệ thơng tin địa lí MapWinGIS cung cấp chức trình bày đồ, phân tích liệu khơng gian, thao tác với nhiều định dạng liệu raster vector, v.v So với dự án phát triển mã nguồn mở khác, MapWinGIS cung cấp hiệu suất cao dễ sử dụng ngôn ngữ lập trình khác [7, 11] MapWinGIS chạy tảng hệ điều hành Windows tích hợp mơi trường phát triển ứng dụng NET • PostGIS/PostgreSQL PostGIS sở liệu khơng gian tích hợp hệ quản trị sở liệu quan hệ đối tượng PostgreSQL PostGIS kế thừa tất mạnh mẽ, linh hoạt sở liệu quan hệ thông thường PostGIS thêm chức hỗ trợ xử lí đặc trưng kiểu liệu khơng gian dạng hình học, tham chiếu địa lí, định dạng raster, vector, v.v Điều mang lại mạnh mẽ, tính linh hoạt cho hệ quản trị sở liệu PostgreSQL [8, 10] Không giống sở liệu không gian thương mại khác Oracle Spatial, SQL Server 2008 Spatial, postGIS hồn tồn miễn phí Nhiều phần mềm GIS mã nguồn mở thương mại tích hợp postGIS để xử lí sở liệu khơng gian ArcGIS, Mapserver, Geoserver, uDig, QGIS, mezoGIS, OpenJUMP v.v [14] • Thư viện GDAL GDAL (Geospatial Data Abstraction Library) thư viện sử dụng để đọc, ghi định dạng liệu không gian raster vector [9] GDAL biểu diễn hầu hết định dạng liệu không gian thông qua mơ hình liệu trừu tượng Thư viên OGR phần GDAL cung cấp khả xử lí liệu đồ họa vector GDAL/OGR dự án miễn phí, sử dụng rộng rãi không cộng đồng GIS mã nguồn mở mà cịn tích hợp phần mềm thương mại 2.2 Xây dựng giải pháp quản lí liệu ảnh viễn thám thơng qua hệ thống mạng LAN Giải pháp quản lí liệu ảnh viễn thám thông qua hệ thống mạng LAN thiết kế dựa tảng phát triển GIS mã nguồn mở gồm MapWinGIS, PostGIS GDAL Giải pháp bao gồm thiết kế hệ thống phần mềm mô hình cấu trúc lưu trữ liệu • Thiết kế hệ thống phần mềm Đối với mơ hình mạng LAN, hệ thống phần mềm thiết kế với hai dạng: phần mềm phía máy chủ phần mềm phía máy khách mơ tả hình Hình Thiết kế hệ thống phần mềm Phần mềm phía máy chủ thiết kế để chạy máy chủ - máy lưu trữ quản lí sở liệu ảnh Bởi vậy, phần mềm phải có chức thao tác với liệu ảnh thêm, cập nhập, xóa liệu ảnh; chép phục hồi sở liệu v.v Hình ví dụ mơ tả chức phần mềm phía máy chủ Hình Mơ tả chức phần mềm phía máy chủ Trong đó, phần mềm phía máy khách thiết kế đơn giản với chức truy vấn liệu: Truy vấn thuộc tính, truy vấn không gian; xuất báo cáo, thống kê liệu mơ tả Hình Hình Mơ tả chức phần mềm phía máy khách Mơ hình cấu trúc lưu trữ liệu Cơ sở liệu tổ chức thành loại: - Cơ sở liệu ảnh viễn thám: Lưu trữ nguồn liệu ảnh vệ tinh khác spot5, landsat8, quickbird, v.v - Cơ sở liệu PostGIS: Bao gồm bảng lưu trữ thơng tin thuộc tính, dạng hình học không gian lớp đối tượng liệu tương ứng với nguồn ảnh viễn thám Cơ sở liệu ảnh viễn thám thiết kế theo sơ đồ cấu trúc thể Hình Với kiểu sơ đồ cấu trúc đó, nguồn liệu ảnh chia thành cấp độ khác Cách phân chia hồn tồn động, tùy chỉnh để phù hợp với nguồn liệu ảnh khác Do liệu ảnh viễn thám có kích thước lớn nên chúng tổ chức lưu trữ ổ đĩa Hình Cấu trúc lưu trữ sở liệu ảnh viễn thám Cơ sở liệu PostGIS sử dụng để lưu trữ thông tin thuộc tính, dạng hình học liệu ảnh Mỗi bảng liệu tương ứng với loại ảnh, chứa thơng tin thuộc tính tên ảnh (được chuẩn hóa tự động), loại ảnh (VNREDSat-1, landsat8, spot5, v.v.), ngày thu nhận, ngày xử lí, v.v Trong đó, ghi thể đối tượng ảnh Kết nghiên cứu Dựa nghiên cứu tảng phát triển phần mềm GIS mã nguồn mở q trình phân tích thiết kế giải pháp quản lí liệu ảnh viễn thám, nhóm tác giả xây dựng phần mềm quản lí liệu ảnh viễn thám gồm phiên phía máy chủ phiên phía máy khách Giao diện phần mềm thể Hình với đồ mặc định dạng Google Map Ngoài ra, phần mềm tích hợp dạng đồ khác OpenStreetMap, BingMap hay chí đồ nhà cung cấp liệu tạo Thanh cơng cụ với chức : Phóng to, thu nhỏ, dịch chuyển vùng đồ hiển thị, xem thơng tin thuộc tính đối tượng, v.v Hình Giao diện phần mềm • Chức thao tác liệu Chức thao tác liệu bao gồm: Thêm, cập nhập xóa đối tượng ảnh Hình thể giao diện chức thêm đối tượng ảnh vào sở liệu Quá trình gọi đăng kí ảnh Khi thực đăng kí ảnh, phần phềm tự động tạo ảnh quickview, người dùng cần phải ghi thông tin cần thiết Q trình đăng kí ảnh xong, phần mềm tự động chuẩn hóa thơng tin ảnh, đồng thời thêm ảnh vào thư mục liệu thơng tin ảnh vào sở liệu postGIS Hình Giao diện chức đăng kí ảnh • Chức truy vấn Phần mềm cho phép người sử dụng truy vấn liệu cách đa dang gồm có: - Truy vấn cách nhập tọa độ góc khung; - Truy vấn dựa theo địa giới quốc gia: Cấp độ tỉnh, huyện, xã; - Truy vấn theo thơng tin thuộc tính liệu ảnh; - Truy vấn theo tập tin không gian (tập tin định dạng shp) Người sử dụng kết hợp tìm kiếm khơng gian với tìm kiếm theo thuộc tính Hình giao diện thể kết trình tìm kiếm liệu ảnh theo phương pháp truy vấn dựa địa giới quốc gia Kết tìm kiếm thể khung màu đỏ đồ Việt Nam Mỗi khung phạm vi chụp ảnh Hình Kết truy vấn liệu ảnh dựa theo địa giới quốc gia Ngồi ra, phầm mềm cịn có nhiều giao diện chức khác như: Cập nhập, xóa đối tượng ảnh; chuyển đổi hệ tọa độ; chuyển đổi định dạng liệu; lưu phục hồi sở liệu, nhật kí cấp phát, v.v Kết luận Bài báo trình bày giải pháp phần mềm quản lí liệu ảnh viễn thám dựa tảng công nghệ GIS mã nguồn mở Tuy hướng nghiên cứu công nghệ GIS mã nguồn mở việc xây dựng sản phẩm ứng dụng điều mẻ, việc nghiên cứu chúng để quản lí đa nguồn tư liệu viễn thám lại độc đáo phù hợp với doanh nghiệp vừa nhỏ mà chi phí cho việc phát triển tảng thương mại nhiều Phần mềm thử nghiệm đơn vị sản xuất công ti SAMCOM giúp công việc tra cứu, quản lí liệu nhanh, tiện ích, dễ dàng nhiều Với hướng nghiên cứu tảng GIS mã nguồn mở, nhà phát triển hồn tồn xây dựng sản phẩm, công cụ phục vụ riêng cho hoạt động quan, đơn vị [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Canh, Trương Văn Quốc Nhật, Nguyễn Thành Huy, Trần Hữu Tun, Nguyễn Đình Tiến, Hồng Ngơ Tự Do, Hồng Hoa Thám, “Sử dụng cơng nghệ NET mã nguồn mở MapWindow GIS để xây dựng phần mềm quản lí tài ngun khống sản nước đất tỉnh Thừa Thiên - Huế,” Tạp chí Khoa học Kĩ thuật Mỏ - Địa chất, số 42, tr.93 - 102, 4/2013 Đồn Thị Xn Hương, “Ứng dụng cơng nghệ WebGIS quản lí sở liệu du lịch,” Hội thảo ứng dụng GIS toàn quốc 2011, tr.183 - 194, 2011 Trần Nam Phong, Đỗ Thành Long, Trần Thái Bình, “Phát triển ứng dụng GIS WebGIS sử dụng phần mềm mã nguồn mở,” Kỉ yếu hội thảo ứng dụng GIS toàn quốc 2014, tr.1 - 9, 2014 Nguyễn Hiếu Trung, Ứng dụng mã nguồn mở thơng tin địa lí (OpenGIS) giảng dạy nghiên cứu quản lí mơi trường tài nguyên thiên nhiên Khoa môi trường Tài nguyên thiên thiên, Trường Đại học Cần Thơ, 2015 Rafael Moreno, Free and Open Source Software for Geospatial Applications (FOSS4G) at the Universiti of Colorado Denver Department of Geography and Environmental Sciences, Universiti of Colorado, 2015 Dr Ming-Hsiang Tsou and Jennifer Smith, Free and Open Source Software for GIS education Department of Geography, San Diego State Universiti, 2011 Daniel P Ames (2006) Getting Started With the MapWinGIS ActiveX Control The PostGIS Development Group (2015) PostGIS 2.2.1dev Manual Roger Andre (2009) Using GDAL/OGR for Data Processing and Analysis PostgreSQL Global Development Group (2016) PostgreSQL 9.3.15 Documentation MapWinGIS website https://mapwingis.codeplex.com/ USGS website https://earthexplorer.usgs.gov/ ESA website https://scihub.copernicus.eu/dhus/#/home Postgis website http://postgis.net/ ... đồng GIS mã nguồn mở mà cịn tích hợp phần mềm thương mại 2.2 Xây dựng giải pháp quản lí liệu ảnh viễn thám thông qua hệ thống mạng LAN Giải pháp quản lí liệu ảnh viễn thám thơng qua hệ thống mạng. .. nguồn liệu Việc xây dựng giải pháp để tra cứu quản lí đa nguồn liệu ảnh viễn thám nội đơn vị cần thiết Bài báo trình bày giải pháp quản lí nguồn liệu ảnh viễn thám khác dựa tảng GIS mã nguồn mở. .. tượng ảnh Kết nghiên cứu Dựa nghiên cứu tảng phát triển phần mềm GIS mã nguồn mở q trình phân tích thiết kế giải pháp quản lí liệu ảnh viễn thám, nhóm tác giả xây dựng phần mềm quản lí liệu ảnh viễn