Nghiên cứu các chuẩn OGC (open geospatial consortium) trong hệ thống tin địa lý và ứng dụng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỖ THỊ HƢƠNG NGHIÊN CỨU CÁC CHUẨN OGC (OPEN GEOSPATIAL CONSORTIUM) TRONG HỆ THỐNG TIN ĐỊA LÝ VÀ ỨNG DỤNG LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội – 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỖ THỊ HƢƠNG NGHIÊN CỨU CÁC CHUẨN OGC (OPEN GEOSPATIAL CONSORTIUM) TRONG HỆ THỐNG TIN ĐỊA LÝ VÀ ỨNG DỤNG Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Quản lý hệ thống thông tin Mã số: Chuyên ngành đào tạo thí điểm LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS ĐẶNG VĂN ĐỨC Hà Nội – 2014 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng nội dung và những kết quả của luận văn tốt nghiệp này là do tôi tự nghiên cứu dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS Đặng Văn Đức. Trong toàn bộ nội dung của luận văn, những điều đƣợc trình bày là của cá nhân tôi hoặc đƣợc tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu khác. Tất cả các tài liệu tham khảo đều đƣợc trích dẫn rõ ràng ở phần cuối của luận văn. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan của mình. Hà Nội, ngày 01 tháng 12 năm 2014 Học viên Đỗ Thị Hƣơng ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS.Đặng Văn Đức. Thầy đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo và tạo điều kiện tốt cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy giáo, cô giáo trong Viện công nghệ thông tin – ĐH Quốc Gia Hà Nội đã truyền đạt những kiến thức cùng các phƣơng pháp nghiên cứu khoa học bổ ích và hiện đại để tôi có đƣợc cơ sở vững chắc và hoàn thành luận văn này. Cảm ơn bạn học viên cao học khóa K3 đã tạo điều kiện cho tôi trao đổi, chia sẻ kiến thức và kinh nghiệm thực tế qua các môn học, các buổi thảo luận và làm việc cùng nhóm. Các bạn đã giúp tôi hiểu thêm nhiều vấn đề mà tôi chƣa có điều kiện tìm hiểu, chỉ cho tôi những thứ tôi chƣa làm đƣợc. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình tôi đã luôn ủng hộ tôi trên con đƣờng học tập và nghiên cứu với nhiều khó khăn, vất vả. Mặc dù tôi đã cố gắng hết sức trong quá trình làm luận văn nhƣng không thể tránh khỏi thiếu sót, rất mong nhận đƣợc những góp ý của thầy cô và các bạn. 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết Hệ thống thông tin địa lý-GIS ra đời đánh dấu một bƣớc phát triển trong ngành công nghệ quản lý không gian lãnh thổ trên cơ sở tích hợp các thông tin bản đồ và thông tin thuộc tính của các đối tƣợng và ngày càng đƣợc sử dụng trong nhiều ngành nghề khác nhau nhƣ quản lý đất đai, xây dựng bản đồ sử dụng đất, quản lý hành chính…Vì thế, những ƣu điểm của công nghệ GIS đang đƣợc quan tâm chú ý phát triển. Mặt khác, nhƣ chúng ta đã biết, vai trò của Internet ngày nay càng đƣợc khẳng định và không thể thiếu trong việc quảng bá thông tin của một quốc gia hay một lãnh thổ.Với Web, ta có thể chia sẻ thông tin với mọi ngƣời, mọi nơi, mọi lúc. Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của hệ thống mạng toàn cầu-Internet, các chuyên gia bắt đầu quan tâm đến sự kết hợp công nghệ GIS và công nghệ Web, hay còn gọi là WebGIS nhằm phát huy những thế mạnh của côngnghệ GIS thông qua nền tảng Web. Nói cách khác, nhờ vào WebGIS mà ta có thể sử dụng những tính năng của một hệ GIS thực thụ và có thể thực hiện việc chia sẻ thông tin một cách tiện lợi và dễ dàng. Và không chỉ dừng lại ở đó, bắt nhịp cùng xu hƣớng toàn cầu hóa, xu hƣớng sử dụng mã nguồn mở đƣợc đƣa ra trong ngành công nghệ thông tin và nhanh chóng đƣợc sự hƣởng ứng và đóng góp của các nƣớc trên thế giới. Tổ chức OGC (OpenGeospatial Consortium) với mục tiêu xây dựng các chuẩn thực thi chung cho lĩnh vực dữ liệu không gian càng đƣa GIS gần đến với mọi ngƣời hơn. Và nhƣ chúng ta đã biết, WebGIS kết hợp với các chuẩn mở OGC là con đƣờng giới thiệu những sản phẩm về GIS và dữ liệu địa lý nhanh nhất đến cộng đồng mạng toàn thế giới. Chính vì lý do đó em lựa chọn đề tài “NGHIÊN CỨU CÁC CHUẨN OGC (OPEN GEOSPATIAL CONSORTIUM) TRONG HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ VÀ ỨNG DỤNG” nhằm nghiên cứu các chuẩn mở OGC và dựa trên các chuẩn đó xây dựng ứng dụng thử nghiệm với OGC cho bài toán hiển thị Phân bổ sinh viên của một trƣờng học trên bản đồ. 2. Mục tiêu đề tài Đề tài nhằm mục tiêu tìm hiểu và thực hiện cách thức chia sẻ thông tin bằng OGC. Mục tiêu cụ thể: - Tìm hiểu chuẩn OGC - Tìm hiểu cách thức xây dựng một dịch vụ dữ liệu theo chuẩn OGC trên một bộ dữ liệu sẵn có và thực hiện một ví dụ cụ thể. 2 Từ các mục tiêu đã đề ra, đề tài đƣa ra các câu hỏi nghiên cứu nhằm có đƣợc sự định hƣớng đúng cho việc thực hiện đề tài. - OGC là gì? - Những chuẩn của OGC gồm những gì? - Muốn đƣa lớp dữ liệu trên trang web theo chuẩn OGC ta phải làm sao? 3 Giới hạn đề tài * Giới hạn về thời gian: Đề tài đƣợc giới hạn thực hiện trong khoảng thời gian từ 1/6/2014 đến 20/11/2014. * Giới hạn về công nghệ Đề tài sử dụng công nghệ WebGIS mã nguồn mở với các ứng dụng: - Web Server: Apache. - Map Server: Geoserver. - Thƣ viện hỗ trợ: OpenLayers, GeoExt. - Dữ liệu: Bản đồ Hà Nội, Shapefile * Giới hạn về nội dung: Chỉ nghiên cứu cách thức thức xây dựng một dịch vụ dữ liệu theo chuẩn OGC trên một bộ dữ liệu sẵn có và nghiên cứu một số chuẩn cơ bản nhƣ WMS, SLD… 4. Ý nghĩa khoa học của đề tài Đề tài góp phần vào việc phát triển và mở rộng công nghệ Web hiện nay theo hƣớng WebGIS mã nguồn mở, tích hợp thông tin không gian và thông tin thuộc tính thành một hệ thống thông tin hoàn chỉnh trên nền Web. Đề tài là nền tảng trong việc nghiên cứu và ứng dụng WebGIS mã nguồn mở phục vụ lĩnh vực kinh tế - xã hội khác nói chung. 5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Ứng dụng mã nguồn mở Geoserver xây dựng trang WebGIS mã nguồn mở hỗ trợ cho việc cung cấp các thông tin về sinh viên trong nhà trƣờng, từ đó giúp lãnh đạo nhà trƣờng có thể so sánh đƣợc những thuận lợi và khó khăn trong việc tuyển sinh của nhà trƣờng mà có các chiến lƣợc đối với từng địa điểm. 3 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN 1 MỞ ĐẦU 1 BẢNG CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 4 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 5 CHƢƠNG 1-KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ 7 1.1. Khái niệm hệ thống thông tin địa lý-Geographic Information System (GIS) 7 1.2. Thành phần và chức năng GIS 8 1.2.1. Các thành phần của GIS 8 1.2.2. Chức năng của hệ GIS 14 1.3. Các mô hình dữ liệu GIS 15 1.3.1. Khái niệm về dữ liệu địa lý: 15 1.3.2. Các mô hình dữ liệu GIS 16 1.4. Tích hợp GIS và Web 27 1.4.1. Tìm hiểu về WebGIS 27 1.4.2. Sơ đồ hoạt động của WebGIS. 29 1.4.3. Tổng quan kiến trúc công nghệ WebGIS 29 CHƢƠNG 2-NGHIÊN CỨU CÁC CHUẨN OPEN GEOSPATIAL CONSORTIUM (OGC) 34 2.1. Giới thiệu Open Geospatial Consortium (OGC) 34 2.2. Các chuẩn thực thi của OGC sử dụng trong quá trình xây dựng hệ thống 39 2.2.1. Chuẩn thực thi của OGC 39 2.2.2. Đặc tả các chuẩn OGC 41 2.3. Giới thiệu mã nguồn mở ứng dụng chuẩn OGC 44 2.3.1. Mapserver 44 2.3.2. Map Window 46 2.3.3. GeoServer 46 CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG THỬ NGHIỆM VỚI OGC CHO BÀI TOÁN PHÂN BỔ SINH VIÊN CỦA MỘT TRƢỜNG HỌC 58 3.1. Mô tả bài toán 58 3.2. Thu thập dữ liệu 59 3.3. Phân tích thiết kế hệ thống 60 3.3.1. Thiết kế kiến trúc hệ thống 60 3.3.2. Mô hình hệ thống 64 3.4. Lập trình hệ thống GIS trên nền mã nguồn mở GeoServer 65 3.4.1. Đƣa dữ liệu trong Shapefile lên GeoServer và tạo kiểu hiển thị (style) cho các lớp dữ liệu. 65 3.4.2. Cài đặt và thử nghiệm 69 KẾT LUẬN 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 4 BẢNG CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Diễn giải Tiếng việt GIS Geographic Information System Hệ thống thông tin địa lý OGC Open Geospatial Consortium Một tổ chức xây dựng các chuẩn mở trên cơ sở vị trí và không gian địa lý WebGIS Website Geographic Information System Hệ thống thông tin địa lý trên nền tảng Web SOA Service Oriented Architecture Kiến trúc hƣớng dịch vụ HTML HyperText Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản HTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản XML eXtensible Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu mở rộng GML Geography Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu địa lý WMS Web Map Service Tạo và hiển thị các bản đồ WFS Web Feature Service Cung cấp dữ liệu thực đƣợc mã hóa trong GML CAT Catalog Interface Định nghĩa các giao diện chuẩn SLD Styled Layer Descriptor Một mã hóa cho đặc tả WMS CSDL Database System Cơ sở dữ liệu của hệ thống 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Chu trình xử lý thông tin địa lý 8 Hình 1.2: Các thành phần cứng chính của hệ thống thông tin địa lý 9 Hình 1.3: Thành phần phần mềm cơ bản của hệ thống thông tin địa lý 10 Hình 1.4: Sơ đồ nhập số liệu 10 Hình 1.5: Mô hình của modul quản lý và lƣu trữ cơ sở dữ liệu 11 Hình 1.6: Chỉnh sửa dữ liệu 12 Hình 1.7: Xuất dữ liệu 12 Hình 1.8: Mô hình dữ liệu không gian 13 Hình 1.9 Minh họa mô hình thế giới thực bằng dữ liệu GIS 15 Hình 1.10: Các chức năng đƣợc yêu cầu cho một hệ GIS 15 Hình 1.12 Minh họa mô hình thế giới thực bằng dữ liệu GIS 17 Hình 1.14: Ma trận không gian của một file ảnh raster có cấu trúc pixel 18 Hình 1.15: Các đối tƣợng không gian đƣợc mã hoá trong mô hình Raster 18 Hình 1.16: Cấu trúc dữ liệu Raster 19 Hình 1.17: Mô hình cấu trúc Raster 20 Hình 1.18. Biểu diễn bản đồ vector [1] 23 Hình 1.20. Dữ liệu topology vector 24 Hình 1.19. Chuyển đổi cấu trúc dữ liệu (Nguồn: Tor Bernhardsen, 1992) 26 Hình 1.20: Sơ đồ hoạt động của WebGIS 29 Hình 1.21: Sơ đồ kiến trúc 3 tầng của WebGIS (3-tier) 30 Hình 1.22: Kiến trúc n-tier giữa các hệ thống 31 Hình 1.23: Kiến trúc n-tier tƣơng tác giữa Client và các hệ thống 32 Hình 2.1: Khó khăn trong việc chia sẻ dữ liệu 34 Hình 2.2: Giải pháp của OGC 35 Hình 2.3: Giao diện của Web Map Service 42 Hình 2.4: Sơ đồ hoạt động của Mapserver 45 Hình 2.5: Giao diện GeoServer [10] 47 Hình 2.6: Quy trình hiển thị bản đồ trên GeoServer 57 Hình 3.1: Sơ đồ tiến trình thực hiện Error! Bookmark not defined. 6 Hình 3.5: Hộp thoại tạo Workspace 65 Hình 3.6: Hộp thoại tạo Store 66 Hình 3.7: Hộp thoại thông tin về kho dữ liệu 66 Hình 3.8: Hộp thoại tạo layer 67 Hình 3.9: Hộp thoại chọn hệ tọa độ trong GeoServer 67 Hình 3.10: Code tạo kiểu hiển thị 68 Hình 3.11: Code tạo kiểu hiển thị đƣờng phố 68 Hình 3.12: Hộp thoại chọn kiểu hiển thị (style) cho lớp bản đồ (layer) 69 Hình 3.13: Lớp bản đồ quận nội thành đƣợc chọn kiểu hiển thị 69 [...]... VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ 1.1 Khái niệm hệ thống thông tin địa lý- Geographic Information System (GIS) Hệ thống thông tin địa lý - Geographic Information System (GIS) là một nhánh của công nghệ thông tin, đã hình thành từ những năm 1960 và phát triển rất mạnh trong những năm gần đây GIS đƣợc sử dụng nhằm xử lý đồng bộ các lớp thông tin không gian (bản đồ) gắn với các thông tin thuộc tính, phục vụ nghiên. .. Dƣới góc độ ứng dụng trong quản lý nhà nƣớc, GIS có thể đƣợc hiểu nhƣ là một công nghệ xử lý các dữ liệu có toạ độ để biến chúng thành các thông tin trợ giúp quyết định phục vụ các nhà quản lý - Dƣới góc độ hệ thống, GIS là hệ thống gồm các thành phần: Phần cứng, Phần mềm, Cơ sở dữ liệu và Cơ sở tri thức chuyên gia 7 Hình 1.1 Chu trình xử lý thông tin địa lý Nhƣ vậy có thể nói: GIS là một hệ thống bao... Google và các website GIS theo chuẩn mở OGC (Open Geospatial Consortium) Hình 1.26: Kiến trúc n-tier tương tác giữa Client và các hệ thống Thuật ngữ Mashup cũng đƣợc xuất phát từ đây, có nghĩa là một website sử dụng nhiều nội dung từ các hệ thống khác nhau Sức hấp dẫn của kiến trúc này là các tổ chức có thể tận hƣởng các nguồn dữ liệu mà mình không thể làm đƣợc để áp dụng vào các ứng dụng với các dữ... phần mềm cơ bản của Hệ thống thông tin địa lý đƣợc thể hiện qua sơ đồ trên hình 1.4 Hệ thống phần mềm của Hệ thống thông tin địa lý lại bao gồm năm thành phần cơ bản, thực hiện các chức năng sau: 9 - Nhập và kiểm tra dữ liệu - Lƣu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu - Xuất dữ liệu - Chỉnh sửa dữ liệu - Tƣơng tác với ngƣời sử dụng Hình 1.4: Thành phần phần mềm cơ bản của hệ thống thông tin địa lý Dƣới đây trình... nhiều thành phần của hệ thống lại với nhau hoặc giữa các hệ thống với nhau để có thể đƣa cho ngƣời sử dụng những thông tin hữu ích nhất có thể có Với nhu cầu đó, kiến trúc 3-tier sẽ trở nên không linh hoạt và nặng nề trong vận hành Trong bối cảnh nhƣ vậy các kiến trúc n-tier sẽ đƣợc phát triển và mở rộng cho các hệ thống thông tin Kiến trúc n-tier thƣờng đƣợc áp dụng trong các hệ thống phân tán Khái... không ám chỉ về mặt địa lý mà chỉ nói đến các hệ thống độc lập nhƣng có khả năng kế hợp với nhau thành một hệ thống lớn hơn Tính phân tán của hệ thống chỉ có thể là phân tán các ứng dụng hoặc cơ sở dữ liệu Hình 1.25: Kiến trúc n-tier giữa các hệ thống Để thực hiện một yêu cầu của ngƣời sử dụng, hệ thống theo kiến trúc n-tier cần phải truy cập, trao đổi thông điệp (message) và xử lý qua nhiều tầng Application... phần cứng, phần mềm, dữ liệu địa lý, và con ngƣời đƣợc thiết kế để thu nhận, quản lý, thao tác, phân tích và hiển thị các thông tin địa lý 1.2 Thành phần và chức năng GIS 1.2.1 Các thành phần của GIS GIS đƣợc kết hợp bởi 5 thành phần cơ bản: Con ngƣời, phần cứng, phần mềm, dữ liệu và phƣơng pháp phân tích Hình 1.2: Các thành phần của GIS 1.2.1.1 Phần cứng 8 Phần cứng là hệ thống máy tính trên đó một hệ. .. thuộc tính của các đối tƣợng và các kết quả phân tích 1.2.2 Chức năng của hệ GIS Hệ thống thông tin địa lý có sáu chức năng chính: Thu thập, lƣu trữ, truy vấn, phân tích, hiển thị và xuất dữ liệu 1.2.2.1 Thu thập (Cature) Dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý có thể đƣợc cung cấp từ bản đồ giấy, số liệu ghi nhận trên giấy, ảnh vệ tinh hoặc ảnh máy bay, các thiết bị đo đạc kỹ thuật số, các thiết bị định... nhiều dạng phần cứng, từ máy chủ trung tâm đến các trạm hoạt động độc lập hoặc liên kết mạng Phần cứng tổng quát của Hệ thống thông tin địa lý gồm những thiết bị đƣợc thể hiện theo sơ đồ sau (Hình 1.2): Hình 1.3: Các thành phần cứng chính của hệ thống thông tin địa lý Đơn vị xử lý trung tâm đƣợc kết nối với đơn vị lƣu trữ gồm ổ đĩa, băng từ để lƣu trữ dữ liệu và chƣơng trình Bàn số hóa hoặc các thiết bị... qua các chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thông tin đƣợc gắn với một nền bản đồ số nhất quán trên cơ sở toạ độ của các dữ liệu bản đồ đầu vào Với những khả năng của GIS nhƣ trên vì vậy mà có thể định nghĩa GIS nhƣ sau: GIS là một hệ thống kết hợp giữa con ngƣời và hệ thống máy tính cùng các thiết bị ngoại vi để lƣu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị các thông tin địa lý để . NGHỆ THÔNG TIN ĐỖ THỊ HƢƠNG NGHIÊN CỨU CÁC CHUẨN OGC (OPEN GEOSPATIAL CONSORTIUM) TRONG HỆ THỐNG TIN ĐỊA LÝ VÀ ỨNG DỤNG LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ. GIS và dữ liệu địa lý nhanh nhất đến cộng đồng mạng toàn thế giới. Chính vì lý do đó em lựa chọn đề tài “NGHIÊN CỨU CÁC CHUẨN OGC (OPEN GEOSPATIAL CONSORTIUM) TRONG HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ VÀ ỨNG. CHƢƠNG 2-NGHIÊN CỨU CÁC CHUẨN OPEN GEOSPATIAL CONSORTIUM (OGC) 34 2.1. Giới thiệu Open Geospatial Consortium (OGC) 34 2.2. Các chuẩn thực thi của OGC sử dụng trong quá trình xây dựng hệ thống