Mô hình và trực quan hóa dữ liệu trạng thái giao thông trên nền web

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ PHẠM ĐỨC DƢƠNG MÔ HÌNH VÀ TRỰC QUAN HOÁ DỮ LIỆU TRẠNG THÁI GIAO THÔNG TRÊN NỀN WEB LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN HÀ NỘI - 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ PHẠM ĐỨC DƢƠNG MÔ HÌNH VÀ TRỰC QUAN HOÁ DỮ LIỆU TRẠNG THÁI GIAO THÔNG TRÊN NỀN WEB Ngành: Chuyên ngành: Mã số: Công nghệ thông tin Hệ thống thông tin 60480104 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS NGUYỄN NGỌC HÓA HÀ NỘI - 2015 LỜI CẢM ƠN Trước tiên xin gửi lời cảm ơn chân thành biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Ngọc Hóa, người thầy bảo hướng dẫn tận tình cho suốt trình nghiên cứu khoa học thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thày cô giáo giảng dạy suốt năm học trường Đại học Công nghệ trang bị cho kiến thức quý báu động lực nghiên cứu Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp giúp đỡ, động viên, khuyến khích sống công việc Tôi xin chân thành cảm ơn! Tác giả Phạm Đức Dương LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Mô hình trực quan hoá liệu trạng thái giao thông Web” viết hướng dẫn thầy giáo TS Nguyễn Ngọc Hóa thuộc Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội Luận văn hoàn thành sở nghiên cứu, tổng hợp phát triển nghiên cứu mô hình, kỹ thuật trực quan hóa liệu nước giới thực Tôi xin cam đoan đề xuất luận văn thực qua trình nghiên cứu đưa ra, nội dung liên quan luận văn có nguồn gốc từ nghiên cứu người khác ghi rõ nguồn gốc phần tài liệu tham khảo, có sai sót xin hoàn toàn chịu trách nhiệm MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương Các vấn đề lý thuyết liên quan 1.1 Hệ thống thông tin địa lý (GIS) 1.1.1 Khái niệm GIS 1.1.2 Các thành phần GIS 1.1.2.1 Phần cứng 1.1.2.2 Phần mềm 1.1.2.3 Dữ liệu 1.1.2.4 Con người 1.1.2.5 Phương pháp quản lý 1.1.3 Cấu trúc liệu GIS 1.1.3.1 Dữ liệu đồ 1.1.3.2 Dữ liệu thuộc tính 1.1.3.3 Mối quan hệ liệu đồ liệu thuộc tính 1.1.4 Các chức GIS 1.1.5 Các đặc điểm GIS 1.1.6 Ứng dụng GIS 1.1.7 WebGIS 1.2 Trực quan hóa liệu 1.2.1 Tổng quan 1.2.1.1 Trực quan hóa 1.2.1.2 Trực quan hóa thông tin (Information visualization) Error! Bookmark not defined 1.2.1.3 Trực quan hóa liệu (Data visualization)Error! Bookmark not defined 1.2.2 Kiến trúc mô hình trực quan hóa liệuError! Bookmark not defined 1.2.2.1 Mô hình khái niệm Error! Bookmark not defined 1.2.2.2 Mô hình tham khảo trực quan hóa thông tinError! Bookmark not defined 1.2.3 Thiết kế trực quan hóa liệu Error! Bookmark not defined 1.2.3.1 Bộ ba Designer-Reader-Data Error! Bookmark not defined 1.2.3.2 Quá trình trực quan hóa liệu Error! Bookmark not defined 1.2.3.3 Các trạng thái liệu trình trực quan hóa liệu Error! Bookmark not defined 1.3 Trực quan hóa liệu theo địa lý (Geovisualization)Error! Bookmark not defined 1.3.1 Giới thiệu Error! Bookmark not defined 1.3.2 Ứng dụng thực tế trực quan hóa liệu theo địa lý Error! Bookmark not defined 1.3.3 Một số loại đồ trực quan hóa liệu theo địa lý Error! Bookmark not defined 1.4 Ứng dụng trực quan hóa liệu biểu diễn trạng thái giao thông Error! Bookmark not defined 1.4.1 Khả ứng dụng trực quan hóa liệu biểu diễn trạng thái giao thông Error! Bookmark not defined 1.4.2 Tham khảo trực quan hóa liệu biểu diễn trạng thái giao thông Error! Bookmark not defined Chương Nghiên cứu xây dựng giải pháp trực quan hoá liệu trạng thái giao thông đồ số Error! Bookmark not defined 2.1 Thu thập xử lý liệu Error! Bookmark not defined 2.2 Mô hình kỹ thuật trực quan hoá liệu trạng thái giao thông Error! Bookmark not defined 2.2.1 Kỹ thuật vẽ đồ họa thực trực quan hóa liệu Error! Bookmark not defined 2.2.1.1 Lý thuyết vẽ đồ họa Error! Bookmark not defined 2.2.1.2 Thuật toán trình bày đồ họa Error! Bookmark not defined 2.2.2 Mô hình trực quan hóa liệu trạng thái giao thông Error! Bookmark not defined 2.2.3 Mô hình kiến trúc hệ thống giải pháp trực quan hoá liệu trạng thái giao thông Error! Bookmark not defined 2.2.4 Kỹ thuật xây dựng hệ thống trực quan hóa liệu trạng thái giao thông Error! Bookmark not defined 2.2.4.1 Kỹ thuật xây dựng trực quan hóa tình trạng tuyến đường giao thông Error! Bookmark not defined 2.2.4.2 Kỹ thuật xây dựng trực quan hóa tổng hợp tình trạng giao thông biểu đồ Error! Bookmark not defined 2.3 Công cụ xây dựng hệ thống trực quan hoá liệu trạng thái giao thông Error! Bookmark not defined 2.3.1 PostgreSQL/PostGIS Error! Bookmark not defined 2.3.2 Apache Error! Bookmark not defined 2.3.3 Map Server Error! Bookmark not defined 2.3.4 Công cụ lập trình Error! Bookmark not defined 2.3.4.1 JavaScript Error! Bookmark not defined 2.3.4.2 Leaflet Error! Bookmark not defined 2.3.4.3 D3 Error! Bookmark not defined 2.3.4.4 Heatmap Error! Bookmark not defined Chương Xây dựng thử nghiệm ứng dụng trực quan hóa liệu trạng thái giao thông Hà Nội Error! Bookmark not defined 3.1 Yêu cầu đặt Error! Bookmark not defined 3.2 Phân tích, thiết kế hệ thống Error! Bookmark not defined 3.2.1 Mô hình kiến trúc hệ thống Error! Bookmark not defined 3.2.2 Chức hệ thống Error! Bookmark not defined 3.2.3 Lược đồ sở liệu Error! Bookmark not defined 3.3 Xây dựng ứng dụng thử nghiệm Error! Bookmark not defined 3.3.1 Môi trường ứng dụng Error! Bookmark not defined 3.3.2 Dữ liệu thử nghiệm Error! Bookmark not defined 3.3.3 Các vấn đề giải pháp trình triển khaiError! Bookmark not defined 3.3.3.1 Sử dụng heatmap thể trạng thái giao thông tuyến đường Error! Bookmark not defined 3.3.3.2 Kết hợp Leaflet Heatmap Error! Bookmark not defined 3.3.3.3 Thao tác với liệu dạng GeoJSONError! Bookmark not defined 3.3.3.4 Kết nối sở liệu Error! Bookmark not defined 3.3.3.5 Xây dựng biểu đồ tổng hợp liệu trạng thái giao thông Error! Bookmark not defined 3.3.3.6 Cập nhật liệu thời gian thực Error! Bookmark not defined 3.4 Kết thử nghiệm Error! Bookmark not defined 3.5 Đánh giá Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN CHUNG Error! Bookmark not defined DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mô hình hệ thống thông tin địa lý Hình 1.2 Các thành phần GIS Hình 1.3 Sự thể quang cảnh vật lớp đồ khác Hình 1.4 Trực quan hóa khoa học mô bất ổn định Raleigh-Taylor hòa trộn chất lưu 10 Hình 1.5 Mô hình phân tích trình diễn liệuError! Bookmark not defined Hình 1.6 Mô hình khái niệm trực quan hóa Error! Bookmark not defined Hình 1.7 Vai trò mô hình liệu phần mềm trực quan hóa Error! Bookmark not defined Hình 1.8 Sơ đồ mô tả mô hình tham khảo trực quan hóa thông tin Error! Bookmark not defined Hình 1.9 Bản chất trực quan hóa dựa vào đánh giá mối quan hệ thành phần Error! Bookmark not defined Hình 1.10 Bản đồ Choropleth Error! Bookmark not defined Hình 1.11 Bản đồ Cartogram Error! Bookmark not defined Hình 1.12 Bản đồ Proportional Symbol Error! Bookmark not defined Hình 1.13 Bản đồ kết hợp proportional symbol với cartograms Error! Bookmark not defined Hình 1.14 Bản đồ Pinpoint Error! Bookmark not defined Hình 1.15 Bản đồ tiếng chiến dịch nước Nga Napoleon Error! Bookmark not defined Hình 1.16 Bản đồ Subway Error! Bookmark not defined Hình 1.17 Bản đồ Isopleth Error! Bookmark not defined Hình 1.18 Bản đồ Stream plots Error! Bookmark not defined Hình 1.19 Bản đồ Prism Error! Bookmark not defined Hình 1.20 Đồ thị mô tả thời gian chờ đợi theo số lượng xe tải Error! Bookmark not defined Hình 1.21 Ví dụ sử dụng Score Cards Dash boards Error! Bookmark not defined Hình 1.22 Kết thi MIT Big Data Challenge Error! Bookmark not defined Hình 2.1 Sự tương tác trạng thái liệu Error! Bookmark not defined Hình 2.2 Luật vẽ trực giao Error! Bookmark not defined Hình 2.3 Mô hình trực quan hóa trạng thái giao thông Error! Bookmark not defined Hình 2.4 Mô hình kiến trúc hệ thống WebGIS Error! Bookmark not defined Hình 2.5 Kết hiển thị điểm đồ Error! Bookmark not defined Hình 2.6 Kết vẽ theo phương pháp “đóng hộp” Error! Bookmark not defined Hình 2.7 Kết vẽ theo phương pháp mật độ nhân Error! Bookmark not defined Hình 3.1 Mô hình kiến trúc Error! Bookmark not defined Hình 3.2 Sơ đồ áp dụng mô hình trực quan hóa Error! Bookmark not defined Hình 3.3: Lược đồ sở liệu Error! Bookmark not defined Hình 3.4 Tập điểm biểu diễn tuyến đường Error! Bookmark not defined Hình 3.5 Màn hình chương trình thử nghiệm Error! Bookmark not defined Hình 3.6 Biểu đồ tổng hợp trạng thái giao thông theo thời điểm Error! Bookmark not defined Hình 3.7 Biểu đồ tổng hợp trạng thái giao thông theo ngày Error! Bookmark not defined Hình 3.8 Biểu đồ tổng hợp trạng thái giao thông theo tuần Error! Bookmark not defined Hình 3.9 Biểu đồ tổng hợp trạng thái giao thông theo tháng Error! Bookmark not defined Hình 3.10 Biểu trực quan trạng thái giao thông đồ theo thời điểm chọn Error! Bookmark not defined MỞ ĐẦU Hà Nội thủ đô Việt Nam thành phố có số dân mật độ dân cư cao nước nên giao thông Hà Nội có tầm quan trọng định việc đáp ứng nhu cầu lại vận chuyển hàng hóa ngày tăng Tuy nhiên, Hà Nội thành phố lớn khác hàng ngày phải đối mặt với vấn nạn ùn tắc giao thông Để giải tình trạng ùn tắc giao thông địa bàn Hà Nội, dựa phân tích nguyên nhân ùn tắc giao thông, Hà Nội đệ trình Chính phủ nhóm giải pháp nhằm nâng cấp sở hạ tầng giao thông, phục vụ tăng trưởng kinh tế - xã hội thủ đô gồm: Nhóm giải pháp kỹ thuật, Nhóm giải pháp hành chính, Nhóm giải pháp kinh tế, Nhóm giải pháp tuyên truyền Một phần giải pháp đẩy mạnh việc ứng dụng CNTT cách tổng thể ngành giao thông Đó giải pháp thu thập thông tin giao thông; quy hoạch, điều tiết đường sá; điều khiển giao thông; xác định lưu lượng cung cấp thông tin giao thông tới người tham gia giao thông, cảnh báo sớm cho người tham gia giao thông tình trạng ùn tắc tuyến phố, để người dân chủ động thay đổi phương tiện, hướng đường … Với thực trạng đó, luận văn trọng đến việc tìm hiểu, nghiên cứu xây dựng mô hình trực quan hoá liệu trạng thái giao thông đồ số số tuyến phố thủ đô Hà nội Đây nhiệm vụ nghiên cứu đề tài nghiên cứu mã số 01C-04/08-2014-2 Sở Khoa học Công nghệ Hà Nội thực từ năm 2014 Mục đích đề tài nhằm cung cấp thông tin cách trực quan cho người xem tình trạng ùn tắc tuyến phố để có ứng xử thích hợp tham gia giao thông Trong khuôn khổ luận văn này, toàn phần giải pháp thu thập liệu trạng thái giao thông tách rời định hướng phạm vi luận văn Từ mục tiêu đó, kết thu luận văn trình bày chương chính, phần mở đầu kết luận, bao gồm: Chương 1: Các vấn đề lý thuyết liên quan giới thiệu lý thuyết phục vụ mục đích đề tài xây dựng Mô hình trực quan hoá liệu trạng thái giao thông đồ số Các lý thuyết bao gồm: Hệ thống thông tin địa lý, lý thuyết trực quan hóa liệu, trực quan hóa liệu theo địa lý, khả ứng dụng trực quan hóa liệu để biểu diễn trạng thái giao thông Chương 2: Nghiên cứu xây dựng giải pháp trực quan hoá liệu trạng thái giao thông đồ số đưa kỹ thuật trực quan hóa hệ thống giao thông đề xuất mô hình trực quan hóa tình trạng giao thông Hà Nội Chương giới thiệu mô hình hệ thống công cụ mã nguồn mở để triển khai mô hình trực quan hóa Chương 3: Thử nghiệm xây dựng ứng dụng trực quan hóa với liệu trạng thái giao thông Hà Nội cách sử dụng công cụ, mô hình giới thiệu chương để xây dựng thử nghiệm hệ thống trực quan hoá liệu trạng thái giao thông đồ số từ thông tin trạng thái giao thông số tuyến phố Hà Nội Phần kết luận tổng kết, đánh giá kết đạt luận văn đưa hướng phát triển nội dung nghiên cứu luận văn Chƣơng Các vấn đề lý thuyết liên quan 1.1 Hệ thống thông tin địa lý (GIS) Hệ Thông tin địa lý (GIS) công cụ máy tính để lập đồ phân tích vật, tượng thực trái đất Công nghệ GIS kết hợp thao tác sở liệu thông thường (như cấu trúc hỏi đáp) phép phân tích thống kê, phân tích địa lý, phép phân tích địa lý hình ảnh cung cấp từ đồ 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 lược)[1] 1.1.1 Khái niệm GIS Có nhiều cách tiếp cận khác liên quan đến định nghĩa Hệ thống thông tin địa lý [1]: Định nghĩa theo chức năng: GIS hệ thống bao gồm hệ con: Dữ liệu vào, quản trị liệu, phân tích liệu liệu Định nghĩa theo khối công cụ: GIS tập hợp phức tạp thuật toán Định nghĩa theo mô hình liệu: GIS gồm cấu trúc liệu sử dụng hệ thống khác (cấu trúc dạng Raster Vecter) Định nghĩa mặt công nghệ: GIS công nghệ thông tin để lưu trữ, phân tích trình bày thông tin không gian thông tin phi không gian, công nghệ GIS nói tập hợp hoàn chỉnh phương pháp phương tiện nhằm sử dụng lưu trữ đối tượng Định nghĩa theo trợ giúp định: GIS coi hệ thống trợ giúp việc định, tích hợp số liệu không gian chế thống Nói tóm lại theo BURROUGHT: “GIS tập hợp công cụ cho việc thu nhập, lưu trữ, thể chuyển đổi liệu mang tính chất không gian từ giới thực để giải toán ứng dụng phục vụ mục đích cụ thể” Mô hình chung hệ thống thông tin địa lý thể hình 1.1 Hình 1.1 Mô hình hệ thống thông tin địa lý 1.1.2 Các thành phần GIS GIS kết hợp năm thành phần biểu diễn hình 1.2 bao gồm: phần cứng, phần mềm, liệu, người phương pháp quản lý[1,6,14] Hình 1.2 Các thành phần GIS 1.1.2.1 Phần cứng Phần cứng hệ thống máy tính hệ GIS hoạt động Ngày nay, phần mềm GIS có khả chạy nhiều dạng phần cứng, từ máy chủ trung tâm đến máy trạm hoạt động độc lập liên kết mạng 1.1.2.2 Phần mềm Phần mềm GIS cung cấp chức công cụ cần thiết để lưu giữ, phân tích hiển thị thông tin địa lý Các thành phần phần mềm GIS là: + Công cụ nhập thao tác thông tin địa lý + Hệ quản trị sở liệu (DBMS) + Công cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích hiển thị địa lý + Giao diện đồ hoạ người-máy (GUI) để truy cập dễ dàng 1.1.2.3 Dữ liệu Có thể coi thành phần quan trọng hệ GIS liệu Các liệu địa lý liệu thuộc tính liên quan người sử dụng tự tập hợp mua từ nhà cung cấp liệu thương mại Hệ GIS kết hợp liệu không gian với nguồn liệu khác, chí sử dụng DBMS để tổ chức lưu giữ quản lý liệu 1.1.2.4 Con người Công nghệ GIS bị hạn chế người tham gia quản lý hệ thống phát triển ứng dụng GIS thực tế Người sử dụng GIS chuyên gia kỹ thuật, người thiết kế trì hệ thống, người dùng GIS để giải vấn đề công việc 1.1.2.5 Phương pháp quản lý Ðây hợp phần quan trọng để đảm bảo khả hoạt động hệ thống, yếu tố định thành công việc phát triển công nghệ GIS Hệ thống GIS cần điều hành phận quản lý, phận phải bổ nhiệm để tổ chức hoạt động hệ thống GIS cách có hiệu để phục vụ người sử dụng thông tin 1.1.3 Cấu trúc liệu GIS[1] Chúng ta biết đồ phương tiện tốt để hiển thị thông tin địa lý Các liệu không gian bao gồm ba loại gồm: điểm, đường vùng; vị trí chúng xác định tọa độ Theo truyền thống, đồ tờ giấy phẳng, có tọa độ hai chiều Bản đồ có ký hiệu, bao gồm đường màu sắc khác biểu thị đặc điểm khác Cơ sở liệu hệ thống thông tin địa lý gồm hai phần liệu đồ (hay gọi liệu đồ thị) liệu thuộc tính (hay gọi liệu phi đồ họa) Mỗi loại liệu có đặc trưng riêng chúng yêu cầu lưu trữ, xử lý hiển thị khác 1.1.3.1 Dữ liệu đồ Bản đồ tài liệu miêu tả đối tượng đặc trưng tự nhiên thực tế giới thực Kỹ thuật làm đồ phát triển để miêu tả phân loại đặc trưng, để nhận dạng nhãn, hình dạng bề mặt trái đất luồng di chuyển tài nguyên hàng hóa Hệ thống GIS dùng liệu đồ thị để tạo đồ hay hình ảnh đồ hình giấy thông qua thiết bị ngoại vi Có loại thông tin dùng để thể hình ảnh đồ ghi hệ thống thông tin địa lý sau: - Ðiểm (Point) - Ðường (Line) - Vùng (Polygon) - Ô lưới (Grid cell) - Ký hiệu (Sympol) - Ðiểm ảnh (Pixel) Dữ liệu đồ lưu trữ dạng Vector dạng Raster Dữ liệu dạng Vector điểm tọa độ (X, Y) quy luật tính toán toạ độ nối chúng thành đối tượng hệ thống tọa độ định Dữ liệu Raster (ảnh đối tượng) liệu tạo thành ô lưới có độ phân giải xác định Loại liệu dùng cho mục đích diễn tả minh hoạ chi tiết hình ảnh thêm cho đối tượng quản lý hệ thống Để phản ánh toàn thông tin cần thiết đồ dạng đối tượng số, đối tượng địa lý phản ánh theo cấu trúc phân mảnh phân lớp thông tin a) Cấu trúc phân mảnh Một đối tượng địa lý mặt không gian liên tục phạm vi rộng Tuy nhiên sở liệu GIS, hạn chế lý kỹ thuật khả lưu trữ, xử lý, quản lý liệu mà đối tượng địa lý lưu trữ dạng cách mảnh (mapsheet, tile) Tuy nhiên khái niệm chia mảnh sở liệu GIS không hoàn toàn đồng với khái niệm chia mảnh đồ thông thường Một mảnh (tile) sở liệu GIS có hình dạng miễn sau cho phù hợp với khả quản lý xử lý hệ thống Theo xu hướng nay, hệ thống GIS cung cấp công cụ cho phép người sử dụng tự động quản lý mảnh sở liệu b) Cấu trúc phân lớp thông tin Một bước quan trọng xây dựng sở liệu GIS phân loại lớp thông tin (layer, class) Hệ thống GIS lưu trữ đối tượng địa lý theo lớp thông tin hình 1.3 Mỗi lớp thông tin lưu trữ loạt đối tượng có chung tính chất, đặc điểm giống Thiết kế lớp thông tin quan trọng hệ thống GIS Cách phân lớp thông tin ảnh hưởng lớn đến tính hiệu quả, khả xử lý sử dụng lâu dài sở liệu không gian Hình 1.3 Sự thể quang cảnh vật lớp đồ khác Dữ liệu đồ giúp xác định vị trí địa lý, hình dạng không gian đối tượng Thêm vào đó, liệu thuộc tính giúp mô tả đặc tính, đặc điểm thông tin liên quan đối tượng địa lý xác định mà chúng khó biểu thị toàn đồ 1.1.3.2 Dữ liệu thuộc tính Là thông tin mô tả đặc tính, đặc điểm thông tin liên quan khác gắn liền với đối tượng địa lý xác định Các thông tin liệu thuộc tính bao gồm: - Ðặc tính đối tượng: liên kết chặt chẽ với thông tin đồ họa, liệu xử lý phân tích theo ngôn ngữ truy vấn cấu trúc (SQL) Chúng liên kết với hình ảnh đồ họa thông qua số xác định chung, thông thường gọi mã địa lí - Dữ liệu tham khảo địa lý: Mô tả kiện tượng xảy vị trí xác định Không giống thông tin đặc tính, chúng không mô tả thân hình ảnh đồ, thay vào chúng mô tả danh mục hoạt động cho phép xây dựng khu công nghiệp mới, nghiên cứu y tế, báo cáo hiểm họa môi trường liên quan đến vị trí địa lí xác định - Chỉ số địa lý: số tên, địa chỉ, khối, phương hướng định vị, liên quan đến đối tượng địa lí, lưu trữ Hệ thống thông tin địa lí để lựa chọn, liên kết tra cứu liệu Một số địa lý bao gồm nhiều xác định cho thực thể sử dụng từ quan khác lập danh sách mã địa lý mà chúng xác định mối quan hệ không gian vị trí hình ảnh hay thực thể địa lý 1.1.3.3 Mối quan hệ liệu đồ liệu thuộc tính Hệ thống GIS sử dụng phương pháp chung để liên kết hai loại liệu thông qua xác định, lưu trữ đồng thời thành phần đồ thị phi đồ thị Các xác định đơn giản số liên tục, ngẫu nhiên báo địa lí hay liệu vị trí lưu trữ Bộ xác định cho thực thể chứa tọa độ phân bố nó, số hiệu mảnh đồ, mô tả khu vực trỏ đến vị trí lưu trữ liệu liên quan 1.1.4 Các chức GIS Trong sở liệu thông thường, phần phân tích liệu thường ghép chung vào phần hỏi đáp, tra cứu Trong hệ GIS, phần phân tích liệu có chức riêng thường mạnh, đặc trưng Cơ sở toán học cho chức đại số đồ Chính điều làm cho hệ GIS khác với hệ thống khác tiêu chuẩn đặc trưng để đánh giá khả hệ GIS Các phép xử lý, phân tích chức dành riêng cho liệu không gian Ngoài ra, GIS có khả phân tích không với liệu không gian mà phân tích hai loại liệu không gian phi không gian mối liên hệ thống với Các chức GIS là[1,6,14]: Chuyển đổi hệ toạ độ, phép chiếu, nắn chỉnh đồ Thực phép toán số học, logic, hình học, đại số Chồng xếp, làm sạch, làm trơn, tách hợp lớp thông tin không gian phi không gian Phân loại lớp thông tin đồ Nội suy bề mặt cho điểm, đường, tạo bề mặt địa hình từ đường đồng mức, tạo ảnh phối cảnh ba chiều, tính toán độ dốc Tính toán thống kê khoảng cách, mô hình hoá kết hợp với hệ chuyên gia Xác định chọn lọc vùng theo tiêu chuẩn 1.1.5 Các đặc điểm GIS[1] Hệ thống thông tin địa lý trước hết hệ thống thông tin hệ thống thông tin khác, ví dụ thương mại, pháp luật, ngân hàng, Các hệ thống thông tin nói chung bao gồm phần: Hệ thống thiết bị phần cứng bao gồm máy tính hệ mạng máy tính, thiết bị đầu vào, thiết bị đầu Hệ thống phần mềm bao gồm phần mềm hệ thống, phần mềm quản trị, phần mềm ứng dụng Hệ thống thông tin đầu vào hệ thống cập nhật thông tin Hệ thống CSDL bao gồm loại kiện cần thiết Hệ thống hiển thị thông tin giao diện với người sử dụng Sự khác hệ thống thông tin địa lý với hệ thống thông tin khác hai điểm sau: CSDL bao gồm liệu địa lý liệu thuộc tính (các liệu chữ, số, liệu multimedial, ) mối quan hệ hai loại liệu Hệ thống thông tin đầu vào hệ thống hiển thị thông tin đòi hỏi đặc thù riêng độ xác 1.1.6 Ứng dụng GIS[1] Ngày nay, giới hệ thông tin địa lý trở nên thiếu ứng dụng kinh doanh, quản trị, nghiên cứu… Nhiều quan phủ, công ty đầu tư nhiều tiền, công sức để xây dựng hệ thông tin địa lý cho riêng thực tế cho thấy kết thu hoàn toàn tương xứng chi phí bỏ Ở nước ta năm gần có nhiều tổ chức, quan nhiều người bắt đầu quan tâm nghiên cứu ứng dụng hệ thông tin địa lý, đặc biệt nhiều quan Nhà nước bắt đầu xây dựng hệ thông tin địa lý công tác quản lý quản lý đất đai, quản lý đô thị, quản lý giao thông, quản lý hệ thống thoát nước, quy hoạch đường nông thôn, quản lý sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên Nhìn chung, hệ thống thông tin địa lý xây dựng để phục vụ cho nhiều mục tiêu khác nhau, đặc biệt trợ giúp cho lao động trí óc người Cùng sở liệu nhiều đối tượng khác khai thác, đối tượng khai thác theo khía cạnh riêng 1.1.7 WebGIS[6,14] WebGIS hay công nghệ GIS Web hệ thống thông tin địa lý phân tán mạng máy tính để tích hợp, trao đổi thông tin địa lý mạng Internet Trong cách thực việc phân tích GIS, dịch vụ giống kiến trúc Client-Server Web Xử lý thông tin địa lý chia thành nhiệm vụ phía Server phía Client Điều cho phép người dùng truy xuất, thao tác nhận kết từ việc khai thác liệu GIS từ trình duyệt web họ cách đơn giản không cần hỗ trợ phần mềm GIS máy người sử dụng 1.2 Trực quan hóa liệu 1.2.1 Tổng quan 1.2.1.1 Trực quan hóa[19,21] Trực quan hóa (Visualization visualisation) kỹ thuật tạo hình ảnh, biểu đồ để diễn tả thông điệp Trực quan hóa nghiên cứu trình bày cách trực quan, tương tác khối liệu trừu tượng để tăng cường nhận thức người Trực quan hóa thông qua hình tượng trực quan diễn tả ý tưởng trừu tượng cụ thể từ thủa sơ khai loài người Những ví dụ lịch sử hình vẽ hang động, chữ tượng hình Ai Cập, hình học Hi Lạp phương pháp mang tính cách mạng vẽ kỹ thuật dành cho mục tiêu khoa học công nghệ Leonardo da Vinci Ngày nay, trực quan hóa mở rộng ứng dụng ngành khoa học, đào tạo, công nghệ, môi trường tương tác, dược, điển hình ứng dụng trực quan hóa sử dụng đồ họa máy tính Việc phát minh đồ họa máy tính phát triển quan trọng trực quan hóa kể từ phát minh cách phối cảnh trung tâm từ thời kỳ Phục Hưng Và phát triển animation giúp gia tăng khả trực quan hóa Việc sử dụng trực quan hóa để biểu diễn liệu tượng Nó sử dụng đồ, vẽ khoa học, sơ đồ liệu từ hàng ngàn năm trước Đồ họa máy tính từ đời sử dụng để nghiên cứu vấn đề khoa học Tuy nhiên, ngày đầu thiếu lực đồ họa hạn chế lợi ích chúng mang lại Tầm quan trọng trực quan hóa năm 1987 xuất “Visualization in Scientific Computing, a special issue of Computer Graphics” Từ có vài hội nghị, hội thảo bảo trợ IEE Computer Society ACM SIGGRAPH dành cho chủ đề thông thường lĩnh vực đặc biết trực quan hóa khối lượng Trực quan hóa khoa học thường thực phần mềm chuyên biệt Một số phần mềm chuyên biệt phát hành dạng mã mở thường bắt nguồn từ trường đại học, môi trường học thuật việc chia sẻ công cụ phần mềm cho phép sử dụng mã nguồn mở bình thường Bên cạnh đó, có nhiều phần mềm quyền trực quan hóa khoa học phát triển cung cấp Một ví dụ trực quan hóa khoa học hình 1.4 Hình 1.4 Trực quan hóa khoa học mô bất ổn định Raleigh-Taylor hòa trộn chất lưu Trực quan hóa phân thành nhiều nhánh phát triển, số loại tiêu biểu giới thiệu đây: + Trực quan hóa khoa học (Scientific visualization) + Trực quan hóa thông tin (Information visualization) + Trực quan hóa giáo dục (Educational visualization) + Trực quan hóa tri thức (Knowledge visualization) 10 Tài liệu tham khảo Tiếng Việt [1] TS Trần Vân Anh, ThS Nguyễn Thị Yên Giang (2011), Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý, Trường Đại học Mỏ Địa chất Hà Nội Tiếng Anh [2] Tom Barker (2013), Pro Data Visualization using R and JavaScript, Apress [3] Ben Fry (2008), Visualizing Data, O’Reilly [4] Banafsheh HajinasabRazlighi (2011), Visualization of data from transportation simulation systems, Master Thesis [5] Noah Iliinsky, Julie Steele (2011), Designing Data Visualizations, O’Reilly [6] John T.Sample, Elias Ioup (2010), Tile-Based Geospatial Information Systems, Springes [7] M Kaufmann, D Wagner (2001), Drawing Graphs: Methods and Models, volume 2025 of Lecture Notes in Computer Science, Springer [8] Andy Kirk (2012), Data Visualization: a successful design process, Packt Publishing [9] Scott Murray (2010), Interactive Data Visualization for the Web, O’Reilly [10] C Ware (2004), Information Visualization: Perception for Design, Morgen Kaufman, USA [11] Nick Qi Zhu (2013), Data Visualization with D3.js Cookbook, Packt Publishing Ltd Internet [12] http://leafletjs.com [13] http://d3js.org [14] http://www.opengeospatial.org [15] http://prefuse.org/doc/manual/introduction/structure [16] https://en.wikipedia.org/wiki/Heat_map [17] https://en.wikipedia.org/wiki/D3.js [18] https://en.wikipedia.org/wiki/Graph_drawing [19] https://en.wikipedia.org/wiki/Virtualization [20] https://en.wikipedia.org/wiki/Information_visualization [21] https://en.wikipedia.org/wiki/Visualization [22] https://en.wikipedia.org/wiki/Data_visualization [23] https://en.wikipedia.org/wiki/Infographic [24] https://en.wikipedia.org/wiki/Geovisualization [25] http://bigdata.csail.mit.edu/challenge [26] https://en.wikipedia.org/wiki/Web_mapping [...]... này cũng giới thiệu mô hình hệ thống và các công cụ mã nguồn mở để triển khai mô hình trực quan hóa Chương 3: Thử nghiệm xây dựng ứng dụng trực quan hóa với dữ liệu trạng thái giao thông Hà Nội bằng cách sử dụng các công cụ, mô hình đã giới thiệu trong chương 2 để xây dựng thử nghiệm hệ thống trực quan hoá dữ liệu trạng thái giao thông trên nền bản đồ số từ thông tin trạng thái giao thông của một số tuyến... con: Dữ liệu vào, quản trị dữ liệu, phân tích dữ liệu và dữ liệu ra Định nghĩa theo khối công cụ: GIS là tập hợp phức tạp của các thuật toán Định nghĩa theo mô hình dữ liệu: GIS gồm các cấu trúc dữ liệu được sử dụng trong các hệ thống khác nhau (cấu trúc dạng Raster và Vecter) Định nghĩa về mặt công nghệ: GIS là công nghệ thông tin để lưu trữ, phân tích và trình bày các thông tin không gian và thông. .. dữ kiện cần thiết Hệ thống hiển thị thông tin và giao diện với người sử dụng Sự khác nhau giữa hệ thống thông tin địa lý với các hệ thống thông tin khác chỉ ở hai điểm sau: CSDL bao gồm các dữ liệu địa lý và các dữ liệu thuộc tính (các dữ liệu chữ, số, dữ liệu multimedial, ) và mối quan hệ giữa hai loại dữ liệu này Hệ thống thông tin đầu vào và hệ thống hiển thị thông tin đòi hỏi những đặc thù riêng... nhau biểu thị các đặc điểm khác nhau Cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý gồm hai phần cơ bản là dữ liệu bản đồ (hay gọi là dữ liệu đồ thị) và dữ liệu thuộc tính (hay gọi là dữ liệu phi đồ họa) Mỗi một loại dữ liệu có đặc trưng riêng và chúng yêu cầu lưu trữ, xử lý và hiển thị khác nhau 1.1.3.1 Dữ liệu bản đồ Bản đồ là tài liệu miêu tả những đối tượng và những đặc trưng tự nhiên trong thực tế... cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý + Giao diện đồ hoạ người-máy (GUI) để truy cập dễ dàng 1.1.2.3 Dữ liệu Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS là dữ liệu Các dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể được người sử dụng tự tập hợp hoặc được mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu không gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể... Server và phía Client Điều này cho phép người dùng có thể truy xuất, thao tác và nhận kết quả từ việc khai thác dữ liệu GIS từ trình duyệt web của họ một cách đơn giản không cần sự hỗ trợ của phần mềm GIS tại máy người sử dụng 1.2 Trực quan hóa dữ liệu 1.2.1 Tổng quan 1.2.1.1 Trực quan hóa[ 19,21] Trực quan hóa (Visualization hoặc visualisation) là kỹ thuật tạo ra những hình ảnh, biểu đồ để diễn tả thông. .. đồ để diễn tả thông điệp Trực quan hóa nghiên cứu trình bày một cách trực quan, tương tác khối dữ liệu trừu tượng để tăng cường nhận thức của con người Trực quan hóa thông qua những hình tượng trực quan đã diễn tả những ý tưởng trừu tượng và cụ thể từ thủa sơ khai của loài người Những ví dụ trong lịch sử như những hình vẽ trong hang động, chữ tượng hình Ai Cập, hình học Hi Lạp và những phương pháp mang... mềm và cho phép sử dụng mã nguồn mở là bình thường Bên cạnh đó, có nhiều phần mềm bản quyền trực quan hóa khoa học được phát triển và cung cấp Một ví dụ của trực quan hóa khoa học tại hình 1.4 Hình 1.4 Trực quan hóa khoa học mô phỏng sự bất ổn định Raleigh-Taylor bởi sự hòa trộn giữa 2 chất lưu Trực quan hóa được phân thành nhiều nhánh phát triển, một số loại tiêu biểu được giới thiệu dưới đây: + Trực. .. cơ sở dữ liệu không gian Hình 1.3 Sự thể hiện quang cảnh sự vật dưới các lớp bản đồ khác nhau 6 Dữ liệu bản đồ giúp chúng ta xác định được vị trí địa lý, hình dạng trong không gian của đối tượng Thêm vào đó, dữ liệu thuộc tính giúp chúng ta mô tả về đặc tính, đặc điểm và các thông tin liên quan tại đối tượng địa lý xác định mà chúng khó hoặc không thể biểu thị toàn bộ trên bản đồ 1.1.3.2 Dữ liệu thuộc... Là những thông tin mô tả về đặc tính, đặc điểm và các thông tin liên quan khác gắn liền với đối tượng địa lý xác định Các thông tin của dữ liệu thuộc tính bao gồm: - Ðặc tính của đối tượng: liên kết chặt chẽ với các thông tin đồ họa, các dữ liệu này được xử lý và phân tích theo ngôn ngữ truy vấn cấu trúc (SQL) Chúng được liên kết với các hình ảnh đồ họa thông qua các chỉ số xác định chung, thông thường