đồ án tốt nghiệp công nghệ gis

Báo cáo khoa hoc TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ******* BÁO CÁO KHAO HỌC Đề bài: CÔNG NGHỆ GIS GV Hướng dẫn: TS. Nguyễn Vũ Quốc Hưng SV Thực hiện: Nguyễn Trọng Tư –K54C Hà Nội 04/2008 Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT 1 Báo cáo khoa hoc MỤC LỤC Trang Bảng từ viết tắt và các thuật ngữ sử dụng 4 MỞ ĐẦU 5 Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ GIS 7 1.1. GIS là gì? 7 1.2. Các thành phần cấu thành của GIS 7 1.3. Nền tảng GIS 8 1.3. GIS quản lý các tập hợp thông tin địa lý 9 1.3.1. Tạo bản đồ và mô hình cầu trái đất 9 1.3.2. Các tập hợp dữ liệu 9 1.3.3. Xử lý và làm mẫu luồng công việc 10 1.3.4. Làm mẫu dữ liệu 10 1.3.5. Siêu dữ liệu 10 1.4. Hệ thống thông tin địa lý thông minh 10 1.5. Ba cách hiển thị của GIS 13 1.5.1. Cách hiển thị CSDL: 14 1.5.2. Hiển thị trực quan địa lý ảo 19 1.5.3. Hiển thị mô hình 23 1.6. Xây dựng các yếu tố hình học GIS 26 1.6.1. Giới thiệu các yếu tố hình học GIS 26 1.6.2. Các yếu tố hình học của GIS 28 1.6.3. Thực thi vật lý tiêu chuẩn 30 1.6.4. Thực thi vật lý thay thế 35 Chương 2 DỮ LIỆU ĐỊA LÝ 41 2.1. Các khái niệm về dữ liệu bản đồ và dữ liệu GIS 42 2.1.1. Các hệ toạ độ và phạm vi bản đồ 42 2.1.2. Dữ liệu Raster và Vector 44 2.1.3. Bản đồ cơ sở và các lớp dữ liệu theo chủ đề 45 2.1.4. Khai thác liệu GIS, tiếp cận và phân phối 46 2.2. CSDL địa lý 47 2.2.1. GIS với các loại tệp dữ liệu và hệ quản trị CSDL quan hệ 47 2.2.2. Hỗ trợ các định dạng dữ liệu 48 2.3. Siêu dữ liệu và GIS 49 2.3.1. Siêu dữ liệu là gì? 49 2.3.2. Tại sao siêu dữ liệu quan trọng đối với GIS? 51 2.3.3. Các ứng dụng GIS hỗ trợ siêu dữ liệu như thế nào? 53 2.4. Quản trị dữ liệu 57 Kết luận 58 Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT 2 Báo cáo khoa hoc LỜI CẢM ƠN . Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khao Công nghệ thông tin, trong chuyên ban Khoa học máy tính, đặc biệt là thầy Nguyễn Vũ Quốc Hưng đã tận tình chỉ bảo giúp đỡ em trong suốt thời gian làm báo cáo khoa học Do trình độ và thời gian có hạn nên trong quá trình thực hiện đề tài không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự tham gia đóng góp ý kiến của quý thầy cô giáo và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT 3 Báo cáo khoa hoc Bảng từ viết tắt và các thuật ngữ sử dụng Các thuật ngữ, các cụm từ viết tắt Chú giải CAD Computer Aided Design CSDL Cơ Sở Dữ Liệu ESRI Environmental Systems Research Institute FGDC Federal Geographic Data Committee GIS Geography Information System GML Geography Markup Language GSDI Global Spatial Data Infrastructure ISO International Organization for Standardization LAN Local Area Network NSDI National Spatial Data Infrastructure SDI Spatial Data Infrastructure SOAP Simple Object Access Protocol SANs Storage Area Networks TINs Triangulated Irregular Networks UDDI Universal Description, Discovery, and Integration Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT 4 Báo cáo khoa hoc WAN Wide Area Network WFS Web Feature Service WMS Web Map Service WSDL Web Services Description Language XML Extensible Markup Language MỞ ĐẦU Khoa học ngày nay ngày càng phát triển kéo theo đó nhu cầu tìm hiểu về khoa học, về công nghệ và về thế giới ngày càng tăng cao. Việc tìm hiểu về thế giới xung quanh là sự tò mò cũng như là niềm mơ ước của bao nhiêu người. Người ta có nhiều cách để khám phá thế giới như đi du lịch, thể thao thám hiểm, xem ti vi, hoặc biến thế giới trở thành một mô hình nhỏ nằm bên trong hệ thống máy tính để con người có thể xem chi tiết tất cả các vấn đề về địa lý, về thời tiết, địa hình, sông ngòi, hay chỉ đơn giản là đi du lịch qua màn ảnh vi tính các mô hình sống động dựa trên thế giới thực trên màn ảnh máy vi tính. Công nghệ ngày nay phát triển đã biến những điều đó trở thành hiện thực và không đâu khác đó chính là công nghệ GIS một công nghệ mô phỏng thế thới thông tin địa lý một cách khoa học, chính xác và có hệ thống. Để làm được những điều trên đây, một bài toán lớn đặt ra là việc thu thập và xử lý dữ liệu địa lý một cách chính xác và cập nhật thường xuyên. Công việc tiếp theo là mô hình hoá các dữ liệu đó, xử lý và biểu diễn chúng trên các ứng dụng điện tử cũng như trên các dịch vụ Web. Ngày nay, có rất nhiều tổ chức nghiên cứu và đi sâu định hướng vào việc phát triển các mô hình địa lý thế giới dựa trên công nghệ GIS và các dịch vụ liên quan. Vì vậy nghiên cứu về công nghệ thông tin địa lý nói chung và công nghệ GIS nói riêng đang là một xu hướng tất yếu của khoa học ngày nay. Nó mang lại nhiều tiềm năng về khoa học cũng như các lợi ích về kinh tế, văn hóa, xã hội, cũng như nhiều mặt khác của một đất nước cũng như của toàn thể thế giới. Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT 5 Báo cáo khoa hoc Các ứng dụng của công nghệ GIS có hai loại chủ yếu đó là các phần mềm và các dịch vụ Web. Các phần mềm dựa trên GIS có nhiệm vụ chủ yếu là xử lý thông tin địa lý và biểu diễn mô hình hoá về bản đồ, về địa hình, khí hậu, thiên tai, khoáng sản…của tất cả các vùng, các quốc gia, các châu lục, các đại dương và toàn cầu. Các dịch vụ ứng dụng trên công nghệ GIS chủ yếu là các dịch vụ Web xử lý các yêu cầu về địa lý, cung cấp các thông tin về địa lý với nền Web nhúng các ứng dụng công nghệ GIS hỗ trợ xử lý. Với tính cấp thiết và những ứng dụng cũng như lợi ích từ công nghệ GIS mang lại, nội dung của khoá luận chủ yếu tập trung vào các vấn đề mang tính cơ bản của một hệ thống thông tin địa lý, tập thu thập và tổng hợp thông tin, sự xử lý thông tin và biểu diễn thông tin của hệ thống đó. Và đối tượng nghiên cứu cuối cùng của khoá luận này là môi trường truyền thông của các mạng địa lý cũng như các mạng ứng dụng công nghệ GIS, các dịch vụ Web dựa trên công nghệ GIS. Với cơ sở hạ tầng về kinh tế, xã hội cũng như về khoa học, công nghệ, truyền thông…thì việc tất yếu phải có một hệ thống ứng dụng GIS để quản lý các tài nguyên và ứng dụng địa lý là một bước ngoặt hết sức quan trọng thúc đẩy những lợi ích xã hội và kinh tế của nước ta nói riêng và của thế giới nói chung. Và để làm được điều đó, trước tiên chúng ta phải làm quen dần với công nghệ GIS và các ứng dụng cũng như dịch vụ dựa trên công nghệ này, sau đó là sự triển khai vào thực tế. Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT 6 Báo cáo khoa hoc Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ GIS 1.1. GIS là gì? GIS là hệ thống thông tin địa lý, là công cụ máy tính bao gồm tập hợp phần cứng, phần mềm máy tính và dữ liệu địa lý nhằm chụp hình, quản lý, phân tích và hiển thị tất cả các dạng của thông tin liên quan đến địa lý. G, I, và S • G: geographic – thuộc địa lý: – Dữ liệu không gian – Các thành phần liên quan đến địa lý. • I: information – thông tin: – Cơ sở dữ liệu – Hiển thị thông tin • S: systems – Các hệ thống – Người sử dụng – Phần cứng – Phần mềm 1.2. Các thành phần cấu thành của GIS  Phần cứng – Hardware  Phần mềm – Software  Dữ liệu - Data  Con người - People  Các phương thức - Methods Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT 7 Báo cáo khoa hoc Hình 1.1 Các thành phần của GIS 1.3. Nền tảng GIS Các yêu cầu GIS tác dụng như thế nào để phần mềm GIS được xây dựng và sử dụng. GIS, giống như các công nghệ thông tin khác, phải được thực thi trong một phương thức đơn giản cho phép các ứng dụng hỗ trợ các luồng công việc của mỗi tổ chức và các yêu cầu thương mại. Điều này đã được hoàn thành bằng việc cung cấp một nền tảng phần mềm chung để cung cấp các hỗ trợ đầy đủ cho các loại đầy đủ các yếu tố tri thức địa lý như là các công cụ đầy đủ cho việc quản lý dữ liệu, chỉnh sửa, phân tích, và hiển thị. Trong bối cảnh như vậy, phần mềm GIS có thể ngày càng tăng lên đối với cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin thu thập rộng rãi, và các hệ thống nhiều người sử dụng phức tạp. Hình 1.2 Nền tảng GIS Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT 8 Báo cáo khoa hoc Một nền tảng GIS phải được cung cấp tất cả các khả năng cần thiết để hỗ trợ các tầm nhìn mở rộng.  CSDL địa lý lưu trữ và quản lý tất cả các đối tượng địa lý  Một mạng dựa trên Web phân phối việc quản lý và chia sẻ thông tin địa lý  Các ứng dụng máy bàn và máy chủ cho: o Biên dịch dữ liệu o Truy vấn thông tin o Phân tích và xử lý địa lý không gian o Sản phẩm thuộc bản đồ học o Hiển thị hình ảnh trực quan và khai thác các hình ảnh o Quản lý dữ liệu GIS  Mô đun hoá các thành phần phần mềm (các động cơ) để nhúng vào GIS một cách logic trong các ứng dụng khác và xây dựng các ứng dụng khách hàng  Các dịch vụ thông tin địa lý cho nhiều lớp và tập trung nhiều hệ thống GIS  Một nền tảng GIS tổng cho thấy tất cả các yêu cầu địa lý 1.3. GIS quản lý các tập hợp thông tin địa lý GIS quản lý, phân tích và hiển thị về lĩnh vực địa lý mà được biểu diễn sử dụng một chuỗi các tập hợp thông tin. Các tập hợp thông tin đó bao gồm: 1.3.1. Tạo bản đồ và mô hình cầu trái đất Các hiển thị tương tác của dữ liệu địa lý để trả lời nhiều câu hỏi, các kết quả hiện hữu, và sử dụng nhưn là một bảng hiển thị cho công việc thực tế. Tạo bản đồ mà mô hình cầu trái đất cung cấp các ứng dụng nâng cao của GIS cho việc tương tác với các dữ liệu địa lý. 1.3.2. Các tập hợp dữ liệu Các tệp cơ sở và các cơ sở dữ liệu của thông tin địa lý như là các tính năng, các mạng, các mô hình, các địa vật, các bề mặt và các tính chất. Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT 9 Báo cáo khoa hoc 1.3.3. Xử lý và làm mẫu luồng công việc Tập hợp các thủ tục xử lý địa lý cho việc tự động và lặp lại một số công việc cho việc phân tích. 1.3.4. Làm mẫu dữ liệu Các tập hợp dữ liệu GIS nhiều hơn là các bảng hệ quản lý CSDL. Chúng kết hợp các hành vi tiên tiến và sự toàn vẹn như các hệ thống thông tin khác. Lược đồ làm mẫu dữ liệu, hành vi, tính toàn vẹn của các tập hợp dữ liệu địa lý. 1.3.5. Siêu dữ liệu Các tài liệu miêu tả các yếu tố khác. Một lô các tài liệu cho phép mọi người sử dụng tổ chức, khám phá tăng cường truy nhập để nhận thức về không gian địa lý được chia sẻ. 1.4. Hệ thống thông tin địa lý thông minh Về mặt lịch sử, con người đã học được các kiến thức, các quy tắc và chia sẻ nó qua nhiều dạng trừu tượng. Chúng ta đã tiếp tục diễn tả các kinh nghiệm của con người và tập hợp các hiểu biết để sử dụng những sự trừu tượng này để tổng hợp vào cho kho tàng kiến thức lớn hơn. Những sự trừu tượng, như là chữ, chữ tượng hình, ngôn ngữ, toán học, âm nhạc và nghệ thuật, vẽ, tạo hình và tạo bản đồ…được sử dụng để ghi lại và truyền thông với nền văn minh và văn hoá của chúng ta từ đời này sang đời khác. Hình 1.3 Trừu tượng thế giới Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT 10 [...]... nữa, nhiều người sử ụng GIS chỉnh sửa dữ liệu và trình diễn dữ liệu qua cá bản đồ tương tác Ngoài những bản đồ, những hiển thị tương tác khác, như thời gian, địa cầu, và các biểu đồ vẽ được sử dụng như những sự hiển thị của CSDL GIS Nó thông qua một bản đồ Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT 20 Báo cáo khoa hoc tương tác mà những người sử dụng GIS thực hiện các công việc chung về GIS từ đơn giản đến phức... liệu nâng cao, nghiên cứu bản đồ học, phân tích, truy vấn, và tập hợp các trường dữ liệu Các bản đồ GIS tương tự như các bản đồ tĩnh, các bản đồ in, trừ khả năng tương tác với nó  Bạn có thể chọn lọc và phóng to thu nhỏ với một bản đồ tương tác mà trong đó các lớp bản đồ được bật lên hoặc tắt bỏ với những phạm vi thích hợp  Bạn có thể áp dụng các ký hiệu cho các lớp bản đồ dựa trên bất kỳ tập hợp tính... lý Các bản đồ tương tác cung cấp một giao diện người sử dụng chính cho hầu hết các ứng dụng GIS và luôn hiện hữu với nhiều mức, từ các bản đồ trên thiết bị di động cho tới các bản đồ trên các trang Web trong các trình duyệt, và cuối cùng là các ứng dụng làm việc cuối cùng mức cao của GIS  Các bản đồ được sử dụng để truyền tải thông tin địa lý một cách tốt nhất cho việc thực hiện một số công việc bao... chính trong GIS cho phép truy cập thông tin địa lý cho một tổ chức Những nhà phát triển thường nhúng các bản đồ trong các ứng dụng tuỳ chọn và nhiều người sử dụng xuất bản các bản đồ Web trên Internet để tập trung được sự hữu dụng của GIS  Nhúng các bản đồ trong các ứng dụng tuỳ chọn Hình 1.29 Nhúng bản đồ trong ứng dụng GIS Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT 21 Báo cáo khoa hoc  Bản vẽ sơ đồ được sử... được tạo ra, thực thi, va chia sẻ trong các ứng dụng GIS như là ArcGIS can be authored, executed, and shared in ArcGIS Cùng với nhau, ba cách hiển thị này của GIS là các phần không thể thiếu được trong GIS thông minh và được sử dụng ở nhiều mức độ trong tất cả các ứng dụng GIS 1.6 Xây dựng các yếu tố hình học GIS 1.6.1 Giới thiệu các yếu tố hình học GIS Các mô hình dữ liệu được cấu trúc theo hình học... vấn đề hơn là sử dụng chương trình ánh xạ đơn giản hoặc thêm dữ liệu vào một công cụ ánh xạ trực tuyến 1.5.1 Cách hiển thị CSDL: Một GIS là một loại CSDL riêng biệt của thế giới – một CSDL địa lý (geodatabase) Nó là một hệ thống thông tin về địa lý Về cơ bản, một GIS được dựa trên một CSDL có cấu trúc diễn tả thế giới trong về phương diện địa lý 1) Dữ liệu GIS: Một GIS là một CSDL không gian Sự biểu... khung công việc và ngôn ngữ quan trọng cho việc tổ chức và liên kết các khái niệm chủ chốt về thế giới của chúng ta GIS cung cấp một kỹ thuật tương đối mới cho việc nắm bắt cá kiến thức về đồ hoạ địa lý trong năm yếu tố cơ bản: Lập bản đồ và mô hình cầu trái đất, các tập hợp dữ liệu đồ hoạ địa lý, làm mẫu khung công việc, làm mẫu dữ liệu, siêu dữ liệu Năm yếu tố này cùng với toàn bộ lập luận phần mềm GIS, ... biểu diễn thông tin của GIS - sử dụng làm việc với các yếu tố của tri thức địa lý Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT 13 Báo cáo khoa hoc Một hệ thống GIS thường được kết hợp với một bản đồ Tuy nhiên, một bản đồ chỉ là một cách bạn có thể làm việc với dữ liệu địa lý trong một hệ thống GIS, và chỉ một kiểu của sản phẩm tạo bở GIS Điều này rất quan trọng vì nó có nghĩa là một hệ thống GIS có thể cung cấp sự... khung công việc chung cho sự trừu tượng và truyền thông về địa điểm Trong thời đại tính toán số, chúng ta đã năm bắt được mọi thứ chúng ta biết và chia sẻ chúng qua mạng (Worl Wide Web) Các tập hợp kiến thức này nhanh chóng được kỹ thuật số hóa Đồng thời, GIS cũng được cải tiến để giúp chúng ta hiểu hơn, biểu diễn, quản lý và liên kết nhiều diện mạo của trái đất như một hệ thống Hình 1.4 Công nghệ số... thông minh GIS thông minh có thể thực hiện được tóm lược số hoá các kiến thức về địa lý Những yếu tố này cung cấp một nền Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT 11 Báo cáo khoa hoc tảng cho việc địa chỉ hoá nhiều thách thức sử dụng GIS (ví dụ như cải tiến hiệu quả, sự thông minh và tạo quyết đoán, lập kế hoạch có khoa học, tính toán tài nguyên, ước lượng, truyền thông) Hình 1.5 Phần mềm GIS GIS trừu tượng . dụng công nghệ GIS, các dịch vụ Web dựa trên công nghệ GIS. Với cơ sở hạ tầng về kinh tế, xã hội cũng như về khoa học, công nghệ, truyền thông…thì việc tất yếu phải có một hệ thống ứng dụng GIS. triển các mô hình địa lý thế giới dựa trên công nghệ GIS và các dịch vụ liên quan. Vì vậy nghiên cứu về công nghệ thông tin địa lý nói chung và công nghệ GIS nói riêng đang là một xu hướng tất. giới thực trên màn ảnh máy vi tính. Công nghệ ngày nay phát triển đã biến những điều đó trở thành hiện thực và không đâu khác đó chính là công nghệ GIS một công nghệ mô phỏng thế thới thông tin