Nghiên cứu GIS trên nền tảng điện toán đám mây và ứng dụng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN SINH VIÊN: NGUYỄN THANH PHƯỢNG NGHIÊN CỨU GIS TRÊN NỀN TẢNG ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY VÀ ỨNG DỤNG Hà Nội - 2015 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN SINH VIÊN: NGUYỄN THANH PHƯỢNG NGHIÊN CỨU GIS TRÊN NỀN TẢNG ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY VÀ ỨNG DỤNG Chuyên ngành : Công nghệ thông tin Người hướng dẫn : PGS.TS Lê Trung Thành Hà Nội – 2015 LỜI CAM ĐOAN Em tên Nguyễn Thanh Phượng, sinh viên đại học Tài nguyên & Môi trường Hà Nội Em xin cam đoan: + Nội dung nghiên cứu khóa luận hoàn toàn em thực + Các đoạn trích dẫn, hình ảnh số liệu sử dụng khóa luận có độ xác cao phạm vi hiểu biết em Em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm kết nghiên cứu khóa luận tốt nghiệp Sinh viên Nguyễn Thanh Phượng i LỜI CẢM ƠN Khóa luận bước cuối suốt hành trình bốn năm học tập trường Đại học Tài nguyên & Môi trường Hà Nội Một mặt yêu cầu, giai đoạn ý nghĩa việc giúp sinh viên ứng dụng kiến thức thu nhận để xây dựng sản phẩm cho riêng Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS TS Lê Trung Thành – người tận tình bảo, hướng dẫn em suốt trình thực khóa luận Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô giáo khoa Công nghệ thông tin trường Đại học Tài nguyên & Môi trường Hà Nội truyền đạt kiến thức môn đại cương môn chuyên ngành, giúp em có sở lý thuyết vững vàng không trình nghiên cứu khóa luận mà hành trang quý báu để em bước vào đời cách tự tin Cuối cùng, em xin chúc thầy, cô dồi sức khỏe thành công nghiệp cao quý mình! Hà Nội, ngày 15 tháng 04 năm 2015 Sinh viên thực Nguyễn Thanh Phượng ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .I LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC III DANH MỤC HÌNH ẢNH V DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VII LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hệ thống thông tin địa lý – GIS 1.1.1 Hệ thống thông tin 1.1.2 Hệ thống thông tin địa lý – GIS 1.2 Công nghệ điện toán đám mây 29 1.2.1 Khái niệm 30 1.2.2 Yếu tố công nghệ Điện toán đám mây 31 1.2.3 Quá trình phát triển điện toán đám mây .32 1.2.4 Kiến trúc Điện toán đám mây 36 1.2.5 Các dịch vụ Điện toán đám mây .38 1.2.6 Các mô hình triển khai 42 1.2.7 Đặc trưng lợi ích điện toán đám mây 47 1.2.8 Tình hình ứng dụng điện toán đám mây .49 CHƯƠNG 2: GIS TRÊN NỀN TẢNG ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 50 2.1 GIS tảng điện toán đám mây 50 2.1.1 Phân loại GIS 50 2.1.2 Định nghĩa GIS tảng điện toán đám mây 51 2.1.3 Hệ thống GIS tảng điện toán đám mây 52 2.1.4 Lý lựa chọn GIS điện toán đám mây 53 2.2 Mô hình triển khai GIS điện toán đám mây 54 2.2.1 GIS đám mây công cộng .55 2.2.2 GIS đám mây riêng 56 iii 2.2.3 GIS đám mây hỗn hợp 57 2.3 Ứng dụng GIS chạy điện toán đám mây 59 CHƯƠNG 3: TRIỂN KHAI TRÊN NỀN ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 73 3.1 ArcGIS online 73 3.2 ArcGIS Amazon EC2 87 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 95 4.1 Kết luận 95 4.2 Hướng phát triển .96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 iv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Các thành phần hệ thống thông tin địa lý Hình 1.2: Sơ đồ hệ phần cứng GIS Hình 1.3: Các nhóm chức GIS Hình 1.4: Định dạng liệu vector raster Hình 1.5: Hệ tọa độ phẳng biểu diễn liệu vector Hình 1.6: Biểu diễn thực thể không gian tọa độ mô hình vector Hình 1.7: Điểm ảnh giá trị điểm ảnh Hình 1.8: Minh họa liệu raster có độ phân giải khác Hình 1.9: Chồng ghép lớp liệu không gian Hình 1.10: Chồng ghép đa giác Hình 1.11: Sự kết hợp ô – ô phép chồng ghép raster Hình 1.12: Quan hệ tọa độ địa lý trực quan Hình 1.13: Mặt cầu mặt elipsoit Hình 1.14: Mặt phẳng hệ tọa độ quy chiếu Hình 1.15: Những mốc quan trọng trình hình thành điện toán đám mây Hình 1.16: Mô hình điện toán lưới Hình 1.17: Kiến trúc điện toán đám mây Hình 1.18: Các dịch vụ điện toán đám mây Hình 1.19: Mô hình dịch vụ IaaS Hình 1.20:Mô hình dịch vụ PaaS Hình 1.21: Mô hình dịch vụ SaaS Hình 1.22: Mô hình đám mây riêng Hình 1.23: Mô hình đám mây cộng đồng v Hình 1.24: Mô hình đám mây công cộng Hình 1.25: Mô hình đám mây hỗn hợp Hình 2.1: Hiện tượng “thắt cổ chai” hệ thống mạng Hình 2.2: Mô hình GIS đám mây công cộng Hình 2.3: Mô hình GIS đám mây riêng Hình 2.4: Mô hình GIS đám mây hỗn hợp Hình 2.5: Thành phần hệ thống điện toán đám mây Hình 2.6: Mô hình Amazon Web Services Hình 2.7: Thành phần Amazon Web Services Hình 2.8: Mô hình thành phần cấu thành ArcGIS online Hình 2.9: Mô hình hoạt động ArcGIS Server Amazon EC2 vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt GIS ESRI LAN SDTS AWS Diễn giải Geographical Information System Viện nghiên cứu hệ thống môi Research Institute trường Local Area Network Mạng nội Spatial Data Transfer Standard Amazon Web Services Infrastructure as a Service PaaS Platform as a Service SaaS Software as a Service VM Chuẩn liệu không gian Dịch vụ cung cấp Amazon Tên gọi máy ảo AWS IaaS API Hệ thống thông tin địa lý Environmental Systems Instance NIST Ý nghĩa Là môi trường điện toán đám mây cung cấp hạ tầng dịch vụ Là môi trường điện toán đám mây dạng engine Là môi trường điện toán đám mây cung cấp phần mềm dịch vụ National Institute of Viện tiêu chuẩn kỹ thuật quốc Standards and Technology gia (Hoa Kỳ) Application Programming Interface Virtual Machine Giao diện lập trình ứng dụng Máy ảo vii LỜI MỞ ĐẦU Trong vài năm gần đây, công nghệ thông tin (IT) bắt đầu có hình mẫu điện toán đám mây dự đoán “cơn sóng thần công nghệ” Điện toán đám mây cách khác để cung cấp tài nguyên máy tính, công nghệ mới, châm ngòi cho cách mạng cách cung cấp thông tin dịch vụ tổ chức Trên thực tế, điện toán đám mây giải pháp toàn diện cung cấp công nghệ thông tin dịch vụ; giải pháp điện toán dựa Internet cung cấp tài nguyên chia sẻ giống dòng điện phân phối lưới điện Các máy tính đám mây cấu hình để làm việc ứng dụng khác sử dụng sức mạnh điện toán tập hợp thể chúng chạy hệ thống Tính linh hoạt điện toán đám mây chức phân phát tài nguyên theo yêu cầu Điều tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng tài nguyên tích lũy hệ thống Trước điện toán đám mây, trang web ứng dụng dựa máy chủ thi hành hệ thống cụ thể Với đời điện toán đám mây, tài nguyên sử dụng máy tính gộp ảo, cấu hình hợp cung cấp môi trường ứng dụng thực cách độc lập mà không quan tâm đến cấu hình cụ thể Cùng với phát triển mạnh mẽ công nghệ thông tin, GIS (Geographical Information System) trở nên phổ biến ảnh hưởng tới toàn mặt đời sống xã hội Hệ thống thông tin địa lý – GIS hình thành vào năm 1960 phát triển rộng rãi 10 năm trở lại Ngày nay, GIS công cụ trợ giúp định nhiều hoạt động kinh tế - xã hội, quốc phòng nhiều quốc gia giới GIS có khả trợ giúp quan phủ, nhà quản lý, doanh nghiệp, cá nhân,…đánh giá trạng trình, thực thể tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua chức thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích tích hợp thông tin gắn với hình học (bản đồ) quán sở tọa độ liệu đầu vào Tuy nhiên, GIS phải đối mặt với nhiều thách thức, có hai vấn đề cần quan tâm đặc biệt việc phát triển ứng dụng GIS, là: Thu nhận liệu - nhiều thời gian Phần mềm phần cứng để chạy ứng dụng GIS, đắt đỏ yêu cầu trình độ kiến thức chuyên sâu để cài đặt sử dụng Quá trình tìm kiếm, thu thập, lưu trữ biên tập trước xử lý liệu nhiều thời gian tốn nhiều chi phí Cùng với đó, phân tích liệu không gian yêu cầu có phần mềm đắt tiền hệ thống máy tính, điều thực không cần thiết người dùng không chuyên việc để có hàng gigabyte liệu mà tiêu tốn hàng nghìn đô-la cho phần mềm chuyên dụng Và hướng để giải hai vấn đề nêu trên? Thật may mắn rằng, phát triển điện toán đám mây đem đến cho giải pháp việc lưu trữ khối liệu lớn cung cấp dịch vụ điện toán mạnh mẽ hạ tầng điện toán đám mây Chính từ yếu tố trên, em có ý tưởng triển khai đề tài: “Nghiên cứu GIS tảng điện toán đám mây ứng dụng” nhằm kết hợp ưu điểm có công nghệ điện toán đám mây để giải vấn đề xử lý liệu GIS cách linh hoạt Mục đích đồ án tìm hiểu rõ GIS điện toán đám mây ứng dụng Từ nhận tầm quan trọng ứng dụng GIS đời sống đại với kỹ thuật ngày phát triển mạnh mẽ [...]... vụ điện toán mạnh mẽ trên hạ tầng điện toán đám mây Chính từ những yếu tố trên, em đã có ý tưởng triển khai đề tài: Nghiên cứu GIS trên nền tảng điện toán đám mây và ứng dụng nhằm kết hợp được những ưu điểm hiện có của công nghệ điện toán đám mây để giải quyết vấn đề xử lý dữ liệu GIS một cách linh hoạt Mục đích của đồ án là tìm hiểu rõ hơn về GIS trên nền điện toán đám mây cũng như ứng dụng của... nhiên, GIS đang phải đối mặt với rất nhiều thách thức, trong đó có hai vấn đề cần sự quan tâm đặc biệt trong việc phát triển ứng dụng GIS, đó là: 1 Thu nhận dữ liệu - mất nhiều thời gian 2 Phần mềm và phần cứng để chạy ứng dụng GIS, khá đắt đỏ và yêu cầu trình độ kiến thức chuyên sâu để cài đặt và sử dụng Quá trình tìm kiếm, thu thập, lưu trữ và biên tập trước khi xử lý dữ liệu mất rất nhiều thời gian và. .. và các hệ thống máy tính, điều đó thực sự không cần thiết đối với những người dùng không chuyên trong việc để có được hàng gigabyte dữ liệu mà tiêu tốn hàng nghìn đô-la cho những phần mềm chuyên dụng Và hướng đi nào để giải quyết hai vấn đề nêu trên? Thật may mắn rằng, sự phát triển của điện toán đám mây đã đem đến cho chúng ta một giải pháp trong việc lưu trữ khối dữ liệu lớn và cung cấp dịch vụ điện. .. toán đám mây để giải quyết vấn đề xử lý dữ liệu GIS một cách linh hoạt Mục đích của đồ án là tìm hiểu rõ hơn về GIS trên nền điện toán đám mây cũng như ứng dụng của nó Từ đó nhận ra tầm quan trọng ứng dụng GIS trong đời sống hiện đại với kỹ thuật ngày càng phát triển mạnh mẽ 2