Output file ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ***** PHẠM THỊ THANH TRÀ QUẢN TRỊ DỮ LIỆU MULTIMEDIA TRONG HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà nội 2008 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG[.]
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ -***** - PHẠM THỊ THANH TRÀ QUẢN TRỊ DỮ LIỆU MULTIMEDIA TRONG HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà nội - 2008 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ -***** - PHẠM THỊ THANH TRÀ QUẢN TRỊ DỮ LIỆU MULTIMEDIA TRONG HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ Ngành: Mã số : Công nghệ Thông tin 1.01.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS Nguyễn Đình Hố Hà Nội - 2008 MỤC LỤC MỤC LỤC BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT BẢNG CÁC HÌNH MINH HỌA MỞ ĐẦU Chƣơng - HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ VÀ DỮ LIỆU ĐA PHƢƠNG TIỆN 1.1 GIS đa phƣơng tiện 1.1.1 Hai cách tiếp cận xây dựng hệ thông tin địa lý đa phƣơng tiện 1.1.2 Cách tiếp cận” Multimedia in GIS” 1.2 Cách tiếp cận” GIS in Multimedia” 11 1.3 Tổ chức liệu đa phƣơng tiện hệ thông tin địa lý 12 1.3.1 Tổ chức liệu hệ thông tin địa lý 12 1.3.2 Tổ chức liệu Map Info 12 1.3.3 Tổ chức liệu ArcGIS ESRI 13 1.3.4 Tổ chức liệu Grass 14 1.3.5 Đƣa liệu đa phƣơng tiện vào hệ thông tin địa lý 15 Chƣơng - XÂY DỰNG WEBGIS GIẦU DỮ LIỆU ĐA PHƢƠNG TIỆN BẰNG CÁC CÔNG CỤ MÃ NGUỒN MỞ 17 2.1 Công nghệ WebGis mã nguồn mở 17 2.1.1 Đặt vấn đề 17 2.1.2 Hệ thống WebGIS với mơ hình khách-chủ 17 2.2 Kiến trúc hệ thống theo mơ hình mở phù hợp chuẩn 18 2.3 Mơ hình dịch vụ web mở (OWS - Open Web Service) 20 2.3.1 Mơ hình dịch vụ web cho hệ thống WebGIS 20 2.3.2 Dịch vụ web đồ (WMS - Web Mapping Service) 20 2.3.3 Dịch vụ web đối tƣợng hình học sở (WFS-Web Feature Service) 20 2.3.4 Dịch vụ web lớp phủ (WCS - Web Coverage Service) 21 2.3.5 So sánh số dịch vụ web đồ 21 2.4 Dữ liệu đa phƣơng tiện PostgreSQL 24 2.4.1 Kiểu liệu nhị phân PostgreSQL 24 2.4.2 Kiểu mã định danh đối tƣợng 25 2.4.3 PostgreSQL quản lí liệu” đối tƣợng lớn” nhƣ 27 2.4.4 Thiết kế bảng chứa liệu đa phƣơng tiện 27 Chƣơng - WEBGIS GIỚI THIỆU DANH LAM THẮNG CẢNH HÀ NỘI 29 3.1 Mô tả yêu cầu 29 3.1.1 Yêu cầu ngƣời sử dụng 29 3.1.2 Yêu cầu quản trị 29 3.2 Kiến trúc hệ thống công cụ nguồn mở 30 3.2.1 Hệ thống sở 30 3.2.2 Một cách đơn giản kết nối trình diễn liệu đa phƣơng tiện 31 3.3 Xây dựng liệu 31 3.3.1 Cấu trúc lớp đồ 32 3.3.2 Chuyển đổi liệu 35 3.3.3 Thiết kế trƣờng lƣu liệu đa phƣơng tiện 35 3.4 Quản trị liệu đa phƣơng tiện 36 3.4.1 Dữ liệu hình ảnh 36 3.4.2 Dữ liệu video 37 3.5 Xây dựng ứng dụng 38 3.5.1 Hệ thống 38 3.5.2 Thiế t kế chƣ́c 39 3.5.3 Các chức phía ngƣời dùng 39 3.5.4 Các chức kế thừa 41 3.5.5 Chức hiển thị/ẩn lớp 45 3.5.6 Chức truy vấn liệu thuộc tính 45 3.5.7 Chức truy vấn liệu đồ 48 3.5.8 Chức quản trị hệ thống 49 KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Khái niệm Đinh ̣ nghiã Ghi chú GIS (Geographic Hê ̣ thố ng thông tin điạ lý Information System) GML (Geography Markup Ngôn ngƣ̃ đă ̣c tả về dƣ̃ liê ̣u điạ lý Chuẩ n của OGC Language) OGC (Open Consortium) Geospatial Tổ chƣ́c phi lơ ̣i nhuâ ̣n đƣa các chuẩ n về dƣ̃ liê ̣u điạ lý và các dịch vụ Phầ n mề m mã nguồ n mở của trƣờng đa ̣i ho ̣c Minnesota UMN MapServer XML (Extensible Markup Ngôn ngƣ̃ đă ̣c tả mở rô ̣ng Languge) WCS (Web Service) Coverage Dịch vụ cung cấp liệu Coverage Chuẩ n của OGC WFS (Web Feature Service) Dịch vụ cung cấp liệu theo đinh ̣ da ̣ng thố ng nhấ t GML Chuẩ n của OGC WMS (Web Map Service) Dịch vụ cung cấp đồ dƣới dạng ảnh Chuẩ n của OGC ESRI (Economic and Social Viện nghiên cứu hệ thống môi Research Institute) trƣờng BLOB(Binary Large Object) Đối tƣợng liệu nhị phân lớn DANH MỤC CÁC HÌNH MINH HOẠ Hình 1: Cửa sổ ArcView kèm trình diễn video 11 Hình 2: Nhu cầu tích hợp liệu đa phƣơng tiện với GIS 17 Hình 3: Mơ hình khách-chủ cho hệ thống WebGIS 18 Hình 4: Các đối tƣợng hình học sở theo đặc tả OGC 19 Hình 5: Một bảng tham chiếu đến nhiều bảng liệu đa phƣơng tiện khác 28 Hình 6: Các thành phần hệ thống WebGIS với MapServer 30 Hình 7: Truy vấn đối tƣợng đồ 47 Hình 8: Chi tiết đối tƣợng truy vấn 48 Hình 9: Giao diện danh sách di tích lịch sử 49 Hình 10: Giao diện chi tiết di tích lịch sử kích chọn vị trí đối tƣợng đồ 49 Hình 11:Cửa sổ đăng nhập quản trị hệ thống 50 Hình 12: Danh sách di tích lịch sử 50 Hình 13: Cửa sổ cập nhật di tích lịch sử 51 MỞ ĐẦU Khái quát hệ thông tin địa lý hướng phát triển GIS (Geography Information System - Hệ thống thông tin địa lý) công nghệ đƣợc ý phát triển tại Việt Nam thời gian gần GIS có nhiều ứng dụng phát triển kinh tế xã hội, quản lý tài nguyên môi trƣờng, phục vụ đời sống, dịch vụ cơng ích nhiều lĩnh vực khác Về lịch sử, hệ thống thông tin địa lý nhánh công nghệ thông tin đƣợc hình thành vào năm 1960 phát triển mạnh thành lĩnh vực riêng Ngày 17/11 đƣợc lấy làm ngày GIS, kiện hàng năm Hội địa lý quốc gia Mỹ với số nhà bảo trợ khác nhƣ ESRI (http://www.esri.com), Microsystems đứng tổ chức, nhằm mục đích phổ biến kiến thức quảng bá cho hệ thống thông tin địa lý Có nhiều cách tiệm cận khác định nghĩa GIS Nếu xét dƣới góc độ hệ thống, GIS đƣợc hiểu nhƣ hệ thống gồm thành phần: ngƣời, phần cứng, phần mềm, sở liệu quy trình-kiến thức chuyên gia, nơi tập hợp quy định, quy phạm, tiêu chuẩn, định hƣớng, chủ trƣơng ứng dụng nhà quản lý, kiến thức chuyên ngành kiến thức công nghệ thông tin Theo cách tiếp cận truyền thống, GIS cơng cụ máy tính để lập đồ phân tích vật, tƣợng thực trái đất Công nghệ GIS kết hợp thao tác sở liệu thông thƣờng (nhƣ cấu trúc hỏi đáp) phép phân tích thống kê, phân tích khơng gian Những khả phân biệt GIS với hệ thống thông tin khác khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng nhiều lĩnh vực khác (phân tích kiện, dự đoán tác động hoạch định chiến lƣợc) Việc áp dụng công nghệ thông tin lĩnh vực liệu không gian tiến bƣớc dài: từ hỗ trợ lập đồ (CAD mapping) sang hệ thống thông tin địa lý (GIS) Cho đến với việc tích hợp khái niệm cơng nghệ thơng tin nhƣ hƣớng đối tƣợng, GIS có bƣớc chuyển từ cách tiếp cận sở liệu (database aproach) sang hướng tri thức (knowledge aproach) Hệ thống thông tin địa lý hệ thống quản lý, phân tích hiển thị tri thức địa lý, tri thức đƣợc thể qua tập thông tin: - Các đồ: giao diện trực tuyến với liệu địa lý để tra cứu, trình bày kết sử dụng nhƣ thao tác với giới thực - Các thông tin địa lý: chứa tệp tin sở liệu gồm yếu tố bản, mạng lƣới, topology, địa hình, thuộc tính - Các mơ hình xử lý: tập hợp quy trình xử lý để phân tích tự động - Các mơ hình liệu: GIS cung cấp cơng cụ mạnh sở liệu thông thƣờng bao gồm quy tắc toàn vẹn giống nhƣ hệ thông tin khác Lƣợc đồ, quy tắc tồn vẹn liệu địa lý đóng vai trò quan trọng - Siêu liệu (metadata) hay tài liệu mô tả liệu, cho phép ngƣời sử dụng tổ chức, tìm hiểu truy nhập đƣợc tới tri thức địa lý GIS tiếp cận dƣới góc độ khác nhau: - Cơ sở liệu địa lý (Geodatabase - theo cách gọi ESRI): GIS sở liệu không gian chuyển tải thông tin địa lý theo quan điểm gốc mô hình liệu GIS (yếu tố, topology, mạng lƣới, raster, ) - Hiển thị trực quan (GeoVisualization): GIS tập đồ thông minh thể yếu tố quan hệ yếu tố mặt đất Dựa thơng tin địa lý tạo nhiều loại đồ sử dụng chúng nhƣ cửa sổ truy cập sở liệu để hỗ trợ tra cứu, phân tích biên tập thơng tin - Xử lý (Geoprocessing): GIS công cụ xử lý thông tin cho phép tạo thông tin từ thơng tin có Các chức xử lý thông tin địa lý lấy thông tin từ tập liệu có, áp dụng chức phân tích ghi kết vào tập Hiện có nhiều sản phẩm GIS thƣơng mại nhƣ công cụ GIS nguồn mở với chức đáp ứng yêu cầu ngƣời dùng chuyên nghiệp Hệ thông tin địa lý với liệu đa phương tiện Trong xã hội bùng nổ thông tin nay, liệu đa phƣơng tiện phổ biến nhờ có Internet, đƣợc tạo lƣu trữ phân phối tiện lợi Điều có ảnh hƣởng trực tiếp đến cơng nghệ GIS Ngồi liệu GIS điển hình liệu khơng gian liệu thuộc tính, ngƣời ta muốn đƣa vào hệ thơng tin địa lý liệu đa phƣơng tiện khác Ví dụ, cần gắn kèm với địa điểm, cơng trình, khu vực địa lý … nhiều thơng tin liên quan dƣới khuôn dạng liệu khác nhau: - Văn bản: mơ tả, giải thích, lịch sử - Đồ họa, hình ảnh: hình vẽ, sơ đồ, biểu đồ, đồ thị, ảnh chụp … - Đoạn phim video, đoạn âm thanh: diễn biến kiện, quy trình, - Hoạt hình máy tính: thay đổi theo khơng gian - thời gian - Thậm chí mơ hình chiều: tệp CAD, VRML, … Vấn đề tích hợp liệu đa phƣơng tiện GIS đặt tự nhiên lĩnh vực khơng Tuy nhiên, thách thức không nhỏ ngƣời phát triển ứng dụng Việc tìm hiểu tồn diện vấn đề xem xét giải pháp từ lựa chọn công nghệ, thiết kế ứng dụng đến triển khai cài đặt cần thiết Nội dung ý nghĩa đề tài Xuất phát từ lý trên, chọn đề tài” Quản trị liệu Multimedia hệ thông tin địa lý” Mục đích đề tài tìm hiểu tích hợp liệu đa phƣơng tiện nhƣ hình ảnh, âm thanh, video, hoạt hình, … vào hệ thông tin địa lý, làm cho hệ thống trở nên hấp dẫn hơn, hữu dụng với đông đảo ngƣời dùng Việc xử lí liệu đa phƣơng tiện đính kèm đối tƣợng hệ thơng tin địa lí đƣợc tìm hiểu sở xem xét công nghệ tổ chức liệu sở liệu địa lý hệ thống GIS phổ biến, thƣơng mại nhƣ mã nguồn mở Đề tài tập trung tìm hiểu sâu sở công nghệ đại để xây dựng ứng dụng WebGIS mã nguồn mở, hỗ trợ nhiều chức xử lí liệu đa phƣơng tiện, hỗ trợ chia sẻ thông tin mạng Internet Một ứng dụng minh họa đƣợc xây dựng Mapserver hệ quản trị CSDL PosgreSQL, giới thiệu danh lam thắng cảnh Hà Nội Ý nghĩa thực tiễn chỗ sử dụng ứng dụng minh họa xây dựng nhƣ thử nghiệm để hoàn thiện thành ứng dụng hoàn chỉnh Cũng theo mơ hình để phát triển ứng dụng WebGIS nhiều lĩnh vực khác nhƣ quản lí hành chính, tài ngun mơi trƣờng, hƣớng dẫn du lịch, v.v Các nội dung nghiên cứu Để đạt đƣợc mục đích trên, cần thực nhiệm vụ cụ thể sau: - Tìm hiểu số hệ thơng tin địa lí phổ biến nhƣ MapInfo, ArcGIS, Grass trọng đến mơ hình liệu địa lý, tổ chức sở liệu địa lý khả lƣu trữ hiển thị liệu đa phƣơng tiện - Tìm hiểu kết có vấn đề tích hợp liệu đa phƣơng tiện với hệ thông tin địa lý phát triển GIS đa phƣơng tiện - Tìm hiểu mơ hình phát triển hệ thống WebGIS, trọng công nghệ theo chuẩn mở công cụ mã nguồn mở nhƣ MapServer, PostgreSQL, PostGIS… - Xây dựng ứng dụng minh họa WebGIS Mapserver PostgreSQL, cho phép hiển thị liệu đa phƣơng tiện đính kèm đối tƣợng đồ Cần nghiên cứu nắm vững trình tƣơng tác hệ thông tin địa lý với hệ quản trị sở liệu, cụ thể khả lƣu trữ hiển thị liệu đa phƣơng tiện hệ quản trị liệu PostgreSQL kết hợp với Mapserver Bố cục luận văn Bố cục luận văn gồm có phần nhƣ sau: Mở đầu: Đặt vấn đề tính cần thiết đề tài, nhƣ nhiệm vụ, mục đích đề tài, nêu ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Chương 1: Giới thiệu GIS đa phƣơng tiện, liệu quản trị liệu nói chung số hệ thơng tin địa lý điển hình (dữ liệu khơng gian, liệu thuộc tính) Các cách lƣu trữ quản lý liệu khác hệ thống Đặc biệt trọng khả quản trị liệu đa phƣong tiện hệ GIS để hiểu tảng lý thuyết giải pháp tổ chức liệu đa phƣơng tiện Chương 2: Trình bày WebGis mục tiêu ứng dụng Các mơ hình mở đặc tả chuẩn mở để phát triển hệ thống GIS nói chung WebGIS nói riêng Đặc biệt trọng công cụ mã nguồn mở nhƣ MapServer, PostgreSQL, PostGIS… Chương 3: Xây dựng ứng dụng minh họa, phân tích bƣớc tạo liệu, cách quản trị liệu đa phƣơng tiện ứng dụng triển khai cụ thể Kết luận: Đánh giá kết đạt đƣợc, xác định ƣu nhƣợc điểm hƣớng phát triển tƣơng lai 10 MapBasic ngơn ngữ lập trình mơi trƣờng MapInfo cho phép phát triển ứng dụng GIS Nó tạo hệ thống giao diện ngƣời dùng thuận lợi nhanh chóng nhƣ tạo menu mới, hộp thoại điều khiển theo ý muốn Điều cho phép tiết kiệm thời gian, tiện lợi cho triển khai ứng dụng MapBasic cung cấp công cụ xử lý liệu, đáp ứng yêu cầu đa dạng liệu Nó cho phép truy vấn CSDL, lựa chọn cập nhật liệu câu lệnh theo cú pháp SQL Hiển thị kết vấn tin theo khuôn dạng mong muốn MapBasic cho phép xây dựng chƣơng trình có cấu trúc mở có khả liên kết với ứng dụng khác Chƣơng trình MapBasic gọi thủ tục thƣ viện tệp liên kết động Windows DLL (Windows Dynamic Link Labary) sử dụng liệu chuyển đổi động DDE (Dynamic Data Exchange) để liên kết với phần mềm khác ArcVỉew ArcView cung cấp ngôn ngữ script riêng Có kho tài ngun scripts mẫu ESRI cung cấp kèm với ArcView Nhiều scripts tải miễn phí từ trang web ArcScripts ESRI đƣa vào chƣơng trình Hình dƣới minh họa ứng dụng GIS sử dụng ArcView có kèm trình diễn nhiều kiểu liệu đa phƣơng tiện nhƣ hình ảnh, video, hoạt hình chí mơ hình địa hình chiều [15] 11 Hình 1: Cửa sổ ArcView kèm trình diễn video 1.2 Cách tiếp cận” GIS in Multimedia” Có thể phân loại chức GIS thành nhóm nhƣ sau - Thu thập liệu (e.g số hóa đồ, quét chụp, …) - Thao tác liệu (e.g biên sửa, chuyển đổi (raster-vector), tích hợp liệu, phổ quát (generalizing) - Phân tích liệu (rất nhiều phép tốn) - Trình diễn xuất (e.g hiển thị đồ chuyên đề, in ) Tuy nhiên, chức kể cần thiết tích hợp vào hệ thống tập đồ đa phƣơng tiện Mục đích chủ yếu hệ thống thông tin đồ đa phƣơng tiện trình diễn phục vụ tìm kiếm thơng tin khơng phải thao tác phân tích thơng tin Ngƣời dùng cuối hệ thống thông tin đồ đa phƣơng tiện nhà chuyên mơn mà quần chúng đơng đảo Để có khả tích hợp vào hệ thống thơng tin đồ đa phƣơng tiện chức GIS phải đáp ứng số đòi hỏi nhƣ sau [13 ] - Thứ nhất, phải dễ hiểu, dễ dùng, có giao diện thân thiện ngƣời sử dụng 12 - Thứ hai, phải có khả hiển thị đồ với chất lƣợng cao nhu cầu tìm kiếm trực quan chủ yếu ngƣời sử dụng - Thứ ba, thời gian xử lý phải ngắn ngƣời sử dụng từ bỏ phải đợi lâu - Thứ tƣ, có tính tƣơng tác cao, đƣợc hƣớng dẫn kiểm soát phần mềm, để tránh cho ngƣời dùng thao tác dẫn đến kết không hợp lý sai sót 1.3 Tổ chức liệu đa phương tiện hệ thông tin địa lý 1.3.1 Tổ chức liệu hệ thông tin địa lý Trong hệ thông tin địa lý, liệu đƣợc chia làm hai loại: liệu không gian liệu phi không gian Dữ liệu không gian liệu vị trí địa lý đối tƣợng theo hệ toạ độ hay hệ quy chiếu Dữ liệu phi khơng gian hay liệu thuộc tính đặc tính, số lƣợng, mối quan hệ kết nối lôgic với liệu không gian Dữ liệu khơng gian biểu diễn mơ hình liệu raster hay mơ hình liệu vectơ Dữ liệu thuộc tính nói chung thuộc kiểu số, chữ-số (anphanumeric) chúng đƣợc tổ chức lƣu trữ thành bảng liệu CSDL theo mơ hình quan hệ Dƣới ta điểm qua cách tổ chức liệu số thống GIS thông dụng 1.3.2 Tổ chức liệu Map Info Dữ liệu MapInfo đƣợc tổ chức theo khuôn dạng TAB MIF/MID để tiện trao đổi Khuôn dạng TAB mặc định Thông thƣờng thuật ngữ” TAB file” bao gồm tập hợp tệp cân thiết để mởi table MapInfo Nó gồm tệp với phần mở rộng.TAB,.DAT,.MAP,.ID,.IND) .TAB: tệp văn ASCII, chƣa thông tin để kết nối tất tệp khác ứng dụng MapInfo, thông tin kiểu tệp liệu .DAT (hoặc.DBF): tệp chứa liệu thuộc tính, có cấu trúc tƣơng tự nhƣ tệp CSDL dBase III .ID: lƣu trữ thông tin để liên kết liệu địa lý với liệu thuộc tính CSDL Nó chứa mã định danh ID số nguyên 4-byte đối tƣợng (feature) tệp MAP .MAP: thông tin đối tƣợng địa lý dƣới dạng mã nhị phân, cho phép hiển thị đồ lên hình IND: tệp mục (tùy chọn) Tệp xuất có áp dụng mục CSDL theo trƣờng Dữ liệu thuộc tính MapInfo 13 Khơng có hạn chế tên trƣờng thuộc tính MapInfo Bảng dƣới kiểu liệu thuộc tính đƣợc hỗ trợ Kiểu Mô tả char() Xâu ký tự với đôi dài tối đa Không cần dùng ký tự lấp chỗ trống (padding) ngắn Date Datetime Ngày tháng, dạng xâu ký tự Mặc định YYYYMMDD Ngày giờ, dạng xâu ký tự, dạng YYYYMMDDHHMMSS.FFF decimal(, Kiểu số thập phân, nhƣng dấu chấm động độ dài tổng cộng trƣờng, kể dấu chấm thập phân ) số ký số bên phải dấu chấm Float Kiểu số float integer Số nguyên 32 bit, có dấu logical true or false smallint Số nguyên nhỏ (small integer), 16 bit, có dấu Phạm vi từ -32767 đến +32767 Time Thời gian, dạng xâu ký tự, HHMMSS.FFF Nhƣ khơng có trƣờng kiểu nhị phân 1.3.3 Tổ chức liệu ArcGIS ESRI Khuôn dạng shapefile đƣợc đƣa vào sử dụng ArcGIS phiên từ đầu năm 90 Thuật ngữ” shapefile” thƣờng đƣợc dùng để tập hợp nhiều tệp có chung tên nhƣng với phần mở rộng khác nhau, cung thƣ mục Có kiểu tệp bắt buộc phải có kiểu khác tùy chọn Ba tệp bắt buộc phải có là: shp: chứa feature geometry: điểm, đƣờng, vùng, … shx: chứa mục theo vị trí feature geometry để hỗ trợ tìm kiếm nhanh dbf: chứa liệu thuộc tính, tổ chức thành bảng CSDL quan hệ giống nhƣ dBase IV Mỗi thuộc tính ứng với cột, shape dịng Các tệp tùy chọn khác chứa thơng tin phụ trợ nhƣ phép chiếu địa lý đƣợc sử dụng, mục theo features, theo thuộc tính, siêu liệu dạng XML, v.v… Trong ArcGIS liệu thuộc tính kiểu sau: short integer, long integer, float, double, text, date, BLOB 14 Bảng dƣới trình bày kiểu trƣờng liệu ArcCatalog (thành phần ArcInfo) kiểu tƣơng đƣơng số hệ quản trị CSDL thông dụng khác ArcCatalog VB Variable Type Access SQL Server Oracle Short Integer vbInteger Number (Integer) Smallint NUMBER Long Integer vbLong Number Integer) Int NUMBER Float vbSingle Number (Single) Float NUMBER Double vbDouble Number (Double) Float NUMBER Text vbString Text Varchar VARCHAR2 Date vbDate Date/Time Datetime DATE Object ID vbLong AutoNumber (Long Int Integer) NUMBER(38) OLE Object Int NUMBER(38) or SDO_GEOMET RY Image NUMBER(38) or SDO_GEOMET RY Int NUMBER Geometry vbDataObject (Long Blob vbObject OLE Object Raster vbDataObject Number Integer) GUID vbString Number (Replication ID) uniqueidentifier CHAR GlobalID vbString Number (Replication ID) uniqueidentifier CHAR (Long 1.3.4 Tổ chức liệu Grass Tập đồ chuyên đề GRASS đƣợc tổ chức theo mapset Các mapset chứa tệp thƣ mục con, gọi phần tử (thành phần) sở liệu Bản đồ Vector GRASS đƣợc lƣu trữ theo biểu diễn cung-nút (arc – node), bao gồm đƣờng cong gọi cung Một cung đƣợc lƣu trữ nhƣ danh 15 sách cặp toạ độ x, y Điểm đầu, điểm cuối cung đƣợc gọi nút (node) Hai cặp toạ độ x, y liên tiếp xác định đoạn (segment) cung Các cung đơn lẻ hay kết hợp với cung khác tạo đối tƣợng đồ mức cao Các đường (ví dụ: đƣờng, suối vùng (ví dụ cánh đồng hay rừng) Các cung tạo nên đối tƣợng tuyến tính (linear) đơi cịn đƣợc gọi lines, cung bao quanh vùng gọi area edges hay area lines Mỗi đối tƣợng đồ đƣợc gán giá trị thuộc tính số nguyên gọi số category Các tệp lớp đồ vector có tên, nhƣng tệp nằm thƣ mục CSDL khác mapset Các thƣ mục CSDL là: Thư mục Chức Dig Tệp arc dạng nhị phân dig_ascii Tệp arc dạng ascii dig_att Tệp thuộc tính category Vector dig_cats Các nhãn category Vector dig_plus Tệp index/pointer dạng Vector Reg Các điểm mốc số hóa (digitizer registration points) 1.3.5 Đưa liệu đa phương tiện vào hệ thông tin địa lý Dữ liệu đa phƣơng tiện khối mã nhị phân lớn, gọi kiểu đối tƣợng nhị phân lớn (binary large object) hay BLOB Trong CSDL cột BLOB đƣợc coi nhƣ xâu nhị phân (byte strings) Một số hệ CSDL phân chia vài kiểu BLOB khác tùy theo kích thƣớc, ví dụ MySQL có kiểu TINYBLOB, BLOB, MEDIUMBLOB, LONGBLOB Nếu sở liệu địa lý hệ thống GIS có hỗ trợ trƣờng liệu kiểu BLOB trực tiếp chứa liệu đa phƣơng tiện cột thuộc tính kiểu Ví dụ, ArcGIS lƣu trữ giá trị thuộc tính thuộc kiểu sau: short integer, long integer, float, double, text, date, BLOB Bảng CSDL có sẵn số trƣờng đƣợc định nghĩa trƣớc chứa liệu không gian (geometry) mã định danh đối tƣợng Vì ArcGIS có hỗ trợ kiểu BLOB, nên tệp hình ảnh, video, âm thanh, … lƣu trữ CSDL địa lý nội tại ArcGIS Tuy nhiên, cần phải dùng đến công cụ riêng hay ứng dụng bên để nạp lên, tải hiển thị nội dung trƣờng BLOB kích thƣớc trƣờng bị hạn chế 16 Trong trƣờng hợp CSDL địa lý hệ thống GIS xét không hỗ trợ kiểu BLOB sử dụng CSDL đa khác bên tổ chức liên kết liệu đa phƣơng tiện với đối tƣợng địa lý thơng qua mã định danh đối tƣợng Ví dụ, ArcGIS trì trƣờng ObjectID, đảm bảo mã định danh cho dòng bảng CSDL Trong phần sau trình bày chi tiết tổ chức lƣu trữ kiểu BLOB hệ quản trị CSDL PostgreSQL liên kết với ứng dụng WebGIS CSDL ngồi CSDL đa nên có ƣu điểm có cơng cụ mạnh phục vụ lƣu trữ liệu tìm kiếm thơng tin với hiệu cao kích thƣớc khối liệu bị hạn chế 17 Chƣơng 2- XÂY DỰNG WEBGIS GIẦU DỮ LIỆU ĐA PHƢƠNG TIỆN BẰNG CÁC CÔNG CỤ MÃ NGUỒN MỞ 2.1 Công nghệ WebGis mã nguồn mở 2.1.1 Đặt vấn đề Ta xem xét ứng dụng GIS đa phƣơng tiện internet mà trọng tâm thống kê (inventory), đánh giá bảo tồn kho tƣ liệu địa điểm tiếng nhƣ di tích lịch sử, khảo cổ, danh lam thắng cảnh, điểm vui chơi giải trí, … sau xuất lên Internet phục vụ đông đảo quần chúng Trang web cung cấp nhiều thơng tin, có kết nối với cơng cụ đa phƣơng tiện Khi truy nhập trang web, ngƣời sử dụng nhận đƣợc thơng tin liên quan Các liên kết với công cụ đa phƣơng tiện cho phép xử lý hình ảnh, video, đồ, mơ hình 3D, mơ hình thiết kế CAD … nhƣ liệu văn Ngƣời sử dụng truy cập nhiều kiểu liệu đa phƣơng tiện có tham chiếu địa lý Hình dƣới khái quát yêu cầu tích hợp vào CSDL hệ thống GIS nhiều nguồn liệu đa phƣơng tiện khác Hình 2: Nhu cầu tích hợp liệu đa phương tiện với GIS 2.1.2 Hệ thống WebGIS với mơ hình khách-chủ Một giải pháp cho vấn đề nêu hệ thống WebGIS WebGIS hệ thông tin địa lý phân tán mạng máy tính để thu thập, phân phát, truyền tải thông tin địa lý dựa công nghệ Web Hệ thống WebGIS sử dụng mô hình kiến trúc khách – chủ Mơ hình khách chủ triển khai theo cách tiếp cận” nhẹ khách” (thin client) hoặc” nặng khách” (thick client) Mơ hình” nhẹ khách” có nghĩa hầu hết cơng việc xử lý phía chủ dịch vụ (tức nặng chủ), phía khách khơng làm nhiều hiển thị kết Ƣu điểm 18 mơ hình ngƣời dùng không cần cài đặt thêm công cụ Máy khách nhẹ tải nên khơng cần cấu hình cao Tuy nhiên để giảm tải cho phía chủ cung cấp dịch vụ, máy chủ Web, máy chủ CSDL WebGIS khơng tập trung máy mà phân tán máy khác liên kết qua mạng Nhƣợc điểm mơ hình ngƣời sử dụng cần thao tác với liệu khơng gian, ví dụ cập nhật đối tƣợng, khu vực địa lý đồ khó thực Nhƣ vậy, mơ hình” nhẹ khách” giải pháp đơn giản để xây dựng tập đồ chủ yếu phục vụ tra cứu, tìm kiếm thơng tin, sử dụng duyệt web Hình 3: Mơ hình khách-chủ cho hệ thống WebGIS Mơ hình ”nặng khách” đối lập với ”nhẹ khách” Phía khách đảm nhiệm thêm số chức xử lý, cần cài đặt thêm tiện ích ví dụ trình cắm thêm (plugins), ActiveX hay Java-applets Các tiện ích GIS cắm thêm mở rộng khả duyệt web, làm cho có khả xử lý khn dạng liệu GIS Một số chức GIS đơn giản trình cắm thêm hay applet thực tại phía khách, khơng cần gửi máy chủ dịch vụ Điều giảm bớt việc truyền liệu mạng Ƣu điểm giải pháp” nặng khách” khả tƣơng tác cao hơn, ngƣời sử dụng thực nhiều phép phân tích liệu địa lý hơn, giao diện ngƣời sử dụng đƣợc hoàn thiện Nhƣợc điểm giải pháp” nặng khách” chủ yếu khâu phân phát công cụ phần mềm liệu Nhƣ biết, khơng có phần mềm chạy máy tính 2.2 Kiến trúc hệ thống theo mơ hình mở phù hợp chuẩn Trong lĩnh vực GIS, tổ chức Open GIS Consortium (OGC) chịu trách nhiệm thiết lập chuẩn để có hệ thống mở Trƣớc ngƣời sử dụng hệ thông tin địa lý phải lệ thuộc vào nhà cung cấp Mỗi nhà cung cấp sử dụng công nghệ độc quyền, liệu địa lý có khn dạng riêng Sự trao đổi chia sẻ dùng chung hệ thống khác khó khăn Yêu cầu khắc phục nhƣợc điểm dẫn đến đời OGC việc đề xuất nhiều chuẩn công nghệ mở cho GIS Có thể tham khảo đặc tả chuẩn OGC tại địa 19 http://www.opengeospatial.org/standards Để minh họa, dƣới trình bày sơ lƣợc đặc tả chuẩn đối tƣợng hình học đơn giản (simple features) cho GIS mà OGC đƣa Đây đối tƣợng hình học sở, thành phần đồ họa vector làm nên đồ số hóa Ví dụ giúp hiểu rõ thuật ngữ” features” đặc tả dịch vụ WFS - Web Feature Server trình bày phần sau Theo đặc tả đối tƣợng hình học sở gồm có: POINT, LINESTRING, POLYGON, MULTIPOINT, MULTILINESTRING, MULTIPOLYGON, GEOMETRYCOLLECTION Sơ đồ UML thể quan hệ đối tƣợng Hình 4: Các đối tượng hình học sở theo đặc tả OGC Dƣới ví dụ minh hoạ biểu diễn dạng text đối tƣợng nói POINT(0 0) LINESTRING(0 0,1 1,1 2) POLYGON ((0 0, 0, 4 0, 0, 0 0),(1 0, 0, 2 0, 0, 1 0)) MULTIPOINT(0 0, 1) MULTILINESTRING((0 0, 1 0, 1)(2 1,3 1,5 1)) 20 MULTIPOLYGON(((0 0,4 0, 4 0, 0,0 0), (1 0,2 0,2 0,1 0,1 0)),((-1 -1 0,-1 -2 0, -2 -2 0,-2 -1 0,-1 -1 0))) GEOMETRYCOLLECTION(POINT(2 9),LINESTRING((2 4,3 5))) 2.3 Mơ hình dịch vụ web mở (OWS - Open Web Service) Dƣới xem xét mơ hình đặc tả chuẩn liên quan đến mục tiêu xây dựng hệ thống WebGIS mã nguồn mở 2.3.1 Mơ hình dịch vụ web cho hệ thống WebGIS Mơ hình hệ thống kiểu dịch vụ web đƣợc đề xuất thời gian gần Theo mơ hình này, dịch vụ web chƣơng trình thực dịch vụ cụ thể nhận đƣợc yêu cầu dƣới dạng thông điệp XML thông qua Internet Một hệ thống gồm nhiều dịch vụ web tƣơng tác với qua trao đổi thông điệp để đáp ứng yêu cầu ngƣời dùng Xử lý thông tin địa lý tác vụ yêu cầu phần mềm (và phần cứng) chuyên dụng Một giải pháp đƣợc đề xuất tách riêng liệu việc xử lý thành dịch vụ khác nhau, triển khai phân tán theo mơ hình dịch vụ web OGC xem xét OWS nhƣ hệ thống mà ngƣời sử dụng truy cập liệu không gian (geospatial data) thông qua môt giao diện thống không phụ thuộc vào hệ thống Bộ OWS bao gồm loại dịch vụ thông tin tham chiếu địa lý Đó Dịch vụ web đồ (WMS - Web Map Server), Dịch vụ web (WCS - Web Coverage Server) Dịch vụ web đối tƣợng địa lý sở (WFS - Web Feature Server - thuật ngữ feature hiểu geographic features) 2.3.2 Dịch vụ web đồ (WMS - Web Mapping Service) WMS có khả sinh đồ nhƣ tệp ảnh (thông thƣờng JPEG, PNG hay GIF) chí phần tử đồ họa kiểu vector theo khuôn dạng đồ họa vector định cỡ (co giãn) đƣợc (SVG - Scalable Vector Graphics) liệu có tham chiếu địa lý Điều tƣơng phản với Web Feature Service (WFS) trả liệu địa lý thô Hãy xem máy chủ WMS nhƣ kho lƣu trữ kiểu đồ cụ thể Các đồ đƣợc sinh động (on the fly) tùy theo yêu cầu NSD dựa theo mô tả tệp mô tả kiểu phân tầng (SLD- Styled Layered Description) SLD đƣợc dùng để định nghĩa quy tắc theo ngôn ngữ định kiểu mà phía khách lần phía chủ hiểu 2.3.3 Dịch vụ web đối tượng hình học sở (WFS-Web Feature Service) Theo OGC, Web Feature Service (WFS) quy định giao diện để thao tác liệu giao dịch thơng tin địa lý Các phép tốn WFS gồm: chèn thêm, sửa đổi, hủy, vấn tin (insert, update, delete, query, discovery) đối tƣợng địa lý 21 sở (geographic features) Một WFS có khả thực công việc WMS Khi WMS trả hình ảnh, WFS trả liệu dƣới dạng GML (Geographic Markup Language) ngơn ngữ chuẩn cho ứng dụng khơng gian Nó cho phép lập trình viên phát triển ứng dụng thực vấn tin không gian Internet hay thông qua giao thức SOAP 2.3.4 Dịch vụ web lớp phủ (WCS - Web Coverage Service) Thuật ngữ” coverages” nghĩa lớp phủ bề mặt Trong GIS đƣợc dùng để phạm trù rộng lớn liệu địa không gian, tập hợp khu vực địa lý xem xét theo thuộc tính Ví dụ, đồ chất đất, ảnh vệ tinh, mơ hình độ cao địa hình… WCS hỗ trợ trao đổi qua mạng liệu địa không gian lớp phủ, tức giá trị thuộc tính khu vực xét Đối lập với dịch vụ web đồ, xử lý liệu không gian để trả kết đồ tĩnh, hiển thị lên hình, dịch vụ web lớp phủ cho phép truy cập đến thông tin địa khơng gian ngun dạng (unrendered), mà cần phía khách rendering, truy cập lớp phủ đa trị, dùng làm đầu vào cho mơ hình tính tốn khác Nói nơm na, dịch vụ web lớp phủ cung cấp truy cập đến liệu” thô” nguyên chất chƣa xử lý, dịch vụ web đồ cung cấp tệp hình ảnh (là đồ chuyên đề) sẵn sàng đƣa hình Các phép toán then chốt dịch vụ web lớp phủ làm việc với lƣới phủ bề mặt Đó hình ảnh, lƣới tam giác khơng (TINS) hay liệu theo mơ hình lƣới phi-lƣới 2.3.5 So sánh số dịch vụ web đồ Một nghiên cứu so sánh dịch vụ web đồ đƣợc thực [9] Ba dịch vụ đồ Internet đƣợc xem xét so sánh kết cho phép rút số khuyến cáo trình bày dƣới MapInfo MapXtreme Java Edition MapInfo MapXtreme Java Edition dịch vụ đồ 100% Java, đƣợc thiết kế với mục tiêu chạy đƣợc (theo lý thuyết !) dựa máy ảo Java MapXtreme cung cấp dịch vụ đồ qua JavaBeans với mơi trƣờng phát triển tích hợp (IDE) trực quan, hỗ trợ kéo thả, dễ dùng với ngƣời lập trình Với nhà lập trình Java có kinh nghiệm, giao diện lập trình ứng dụng MapJ API cho phép xây dựng chƣơng trình chuyên nghiệp MapJ API giao diện lập trình ứng dụng phía khách, giao tiếp với MapXtremeServlet máy sinh đồ phía chủ dịch vụ MapXtremeServlet thành phần chủ chốt, nhận yêu cầu dịch vụ gồm 22 đồ, hình ảnh (GIF, JPEG), liệu vector siêu liệu Nó tƣơng thích với máy chủ Web/bộ duyệt Web J2EE MapXtreme gồm thành phần: MapJ, map Renderers (để hiển thị đồ), Data Providers (để truy cập nguồn liệu) MapXtremeServlet Kiến trúc theo thành phần làm cho MapXtreme linh hoạt, triển khai hệ thống web Nó phù hợp chuẩn với máy chủ web hỗ trợ ISAPI (Internet Server Application Programming Interface), NSAPI (Netscape Internet Server Application Programming Interface), CGI gateways, ví dụ nhƣ Netscape, Apache, hay IIE Microsoft Có số yêu cầu cài đặt ứng dụng dịch vụ đồ với MapXtreme - Máy chủ web phải hỗ trợ servlets/Java Server Pages có tích hợp trình cắm thêm hỗ trợ servlets/JSP hợp chuẩn J2EE ví dụ nhƣ TomCat, IBM WebSphere, iPlanet, … - Với mơ hình” nặng khách” đặt MapJ phía khách để nhận liệu đồ vector hiển thị đồ phải có máy ảo Java duyệt ArcView Internet Map Server ESRI (Environmental Systems Research Institute Inc) tạo số sản phẩm dịch vụ web đồ Internet ArcView Internet Map Server (AVIMS) đƣợc coi nhƣ phần mở rộng cho phần mềm ArcView GIS để bàn Các chức hiển thị trực quan đồ ArcView GIS đảm nhiệm Có thành phần AVIMS: - Phần mở rộng dịch vụ đồ Internet, cho phép phiên làm việc ArcView truyền thông với internet qua máy chủ web - ESRIMap web server để máy chủ web truyền thơng với ArcView ESRIMap web server phù hợp chuẩn với ISAPI (Internet Server Application Programming Interface) NSAPI (Netscape Internet Server Application Tải FULL (57 trang): https://bit.ly/3nCTBzs Programming Interface) Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net - Cuối thành phần thứ Java applet - MapCafe cung cấp công cụ để duyệt, khám phá truy vấn đồ Để khắc phụ rào cản hai kiểu liệu vector-raster GIS - Web, ESRI dùng giải pháp sau máy chủ Xử lý liêu địa lý vector raster, nhƣng dùng ảnh raster (GIF, JPEG) để hiển thị Theo mặc định, AVIMS sử dụng khuôn dạng ảnh JPEG, nhƣng có hỗ trợ GIF Có thể tùy biến trang web đồ kết AVIMS Phƣong pháp dùng ngôn ngữ script Avenue, ngôn ngữ hƣớng đối tƣợng môi trƣờng phát triển chung ArcView Các scripts cho phép kiểm soát cách AVIMS tạo lập đồ MapServer 23 MapServer môi trƣờng phát triển nguồn mở để xây dựng ứng dụng Web có chức GIS Ứng dụng MapServer chạy hầu hết hệ thống UNIX, Windows Linux/Apache Ứng dụng MapServer thƣờng chạy nhƣ ứng dụng CGI máy chủ http, ta xây dựng ứng dụng phức tạp với MapScript, có trực tiếp gọi MapServer API Cơ chế hoạt động ứng dụng MapServer gồm thành phần: Mapfile, tệp khuôn mẫu (template) tập liệu GIS Tệp Mapfile định nghĩa liệu dùng, tham số vấn tin hiển thị, giống nhƣ tệp cấu hình ứng dụng Nó chứa thơng tin cách vẽ đồ, giải, đồ kết vấn tin Tệp khuôn mẫu (template) kiểm soát cách MapServer xuất trang web với bố cục nhƣ Nó trang web, với số trƣờng mà MapServer CGI sửa đổi MapServer sử dụng khuôn dạng liệu vector mặc định shapefile ESRI Dữ liệu Raster có khuôn dạng khác nhau, tùy thuộc vào lựa chọn biên dịch Mặc định, MapServer hỗ trợ định dạng Tiff geoTiff Các tính dịch vụ Tải FULL (57 trang): https://bit.ly/3nCTBzs Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net Supported features MapXtreme ArcView IMS MApServer Map label Y Y Y Layer control Y Y Y Zoom scale Y Y Y Index map Y Y Y Thematic map Y Y Y Query tools Y Y Y Dynamic lettering Y Y Y Spatial supported Y Y Y geo-coding Y Y Y Database JDBC ODBC (ArcView) ODBC XML protocol Y N Y Browser supported Netscape or Internet Netscape or Internet Netscape or Explorer versions Explorer versions Internet Explorer analysis 24 4.x or greater 3.x or greater versions 4.x or greater Raster/Vector Display Y/Y Supported Y/N Y/Y Programming language Java Avenue/Java any CGI Technical level Java Servlet/Applet Basic Html/Avenue skill Basic Html/CGI Prototype Wizard Y Y N Tomcat/other servlet container ArcView 3.x N Program on Server Builder Plug-in/Other software required 2.4 Dữ liệu đa phương tiện PostgreSQL PostgreSQL hệ quản trị CSDL đa mã nguồn mở đƣợc sử dụng nhiều phát triển hệ thống GIS mã nguồn mở Phần mở rộng PostGIS hỗ trợ kiểu đối tƣợng hình học (simple features) theo định nghĩa tổ chức OGC - OpenGIS Consortium PostGIS làm cầu nối PostgreSQL hệ GIS PostGIS làm cho PosgreSQL, hệ quản trị CSDL đa dùng nhƣ server CSDL mặt sau cho GIS Nó tƣơng tự nhƣ SDE ESRI hay phần mở rộng không gian Oracle Dƣới trình bày việc quản lý kiểu BLOB kiểu liệu” Đối tƣợng lớn” hệ quản trị CSDL Postgresql 2.4.1 Kiểu liệu nhị phân PostgreSQL Hiện có hai cách khác để lƣu trữ liệu nhị phân PostgreSQL - Kiểu liệ” bytea”: thích hợp cho khối nhị phân kích thƣớc nhỏ - Kiểu liệu” đối tƣợng lớn”: Lƣu trữ liệu nhị phân nhƣ tệp riêng biệt bảng riêng, có khn dạng đƣợc định nghĩa sẵn trình bày dƣới Phiên 7.2 lần có JDBC driver hỗ trợ kiểu” bytea” Trong phiên Postgresql trƣớc 7.1, kích thƣớc dịng sở liệu khơng thể vƣợt kích thƣớc trang liệu (data page) Vì kích thƣớc trang liệu 8192 bytes (theo mặc định, đƣợc nâng lên tới 32768 byte), giới hạn kích thƣớc giá trị liệu hạn chế 6811146