Luận văn, khóa luận, chuyên đề, tiểu luận, quản trị, khoa học, tự nhiên, kinh tế
KHOA CNTT – ĐH KHTN - 1 - TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BỘ MÔN CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM TRẮC NGỌC ĐĂNG - 0012029 BÙI THẾ TÀI - 0012086 Đề tài: KẾT HỢP CHUẨN OPENGIS VÀ HỆ QUẢN TRỊ CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỂ GIẢI QUYẾT MỘT SỐ BÀI TOÁN TỐI ƯU TRÊN MẠNG GIAO THÔNG THÀNH PHỐ. LUẬN VĂN CỬ NHÂN TIN HỌC NIÊN KHOÁ 2000 - 2004 KHOA CNTT – ĐH KHTN - 2 - TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BỘ MÔN CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM TRẮC NGỌC ĐĂNG - 0012029 BÙI THẾ TÀI - 0012086 Đề tài: KẾT HỢP CHUẨN OPENGIS VÀ HỆ QUẢN TRỊ CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỂ GIẢI QUYẾT MỘT SỐ BÀI TOÁN TỐI ƯU TRÊN MẠNG GIAO THÔNG THÀNH PHỐ. LUẬN VĂN CỬ NHÂN TIN HỌC GVHD : Th.Sĩ NGUYỄN MINH NAM NIÊN KHOÁ 2000 - 2004 KHOA CNTT – ĐH KHTN - 3 - Lời cảm ơn Chúng em xin chân thành cảm ơn toàn thể quý thầy cô khoa Công Nghệ Thông Tin trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP.HCM đã tận tình giúp đỡ và truyền đạt những kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường. Đặt biệt, chúng em xin dành sự biết ơn trân trọng nhất gởi đến thầy Th.Sĩ NGUYỄN MINH NAM, là người đã trực tiếp hướng dẫn và độ ng viên chúng em trong suốt thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp này. Cuối cùng, chúng tôi xin cám ơn tất cả các bạn học đã giúp chúng tôi giải quyết những vướng mắc nho nhỏ trong quá trình làm việc. Xin cảm ơn tất cả. -Trắc Ngọc Đăng – Bùi Thế Tài KHOA CNTT – ĐH KHTN - 4 - MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .1 LỜI MỞ ĐẦU .2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIS 1.1. Hệ thống thông tin địa lý là gì? 4 1.2. Mô hình dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý .5 1.3. Các nguồn dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý .6 1.4. Hiện trạng ứng dụng công nghệ GIS tại Việt Nam 7 1.5. Kết chương .7 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU OPENGIS 2.1. Các khái niệm .9 2.2. Tổng quan về OpenGIS .9 2.3. OpenGIS Abstract Specification .15 2.4. Feature Geometry .31 CHƯƠNG 3: GIẢI THUẬT LIN-KERNIGHAN CHO BÀI TOÁN TÌM CHU TRÌNH TỐI ƯU (TSP) 3.1. Giới thiệu chung .73 3.2. Bài toán TSP 74 3.3. Thuật giải Lin-Kernighan nguyên thuỷ (1971) 77 3.4. Thuật giải Lin-Kernighan cải tiến (2002) 87 3.5. Các thủ thuật cải tiến thuật giải L-K trong quá trình cài đặt .108 3.6. Các cấu trúc dữ liệu quan trọng của thuật giải Lin-Kernighan 110 3.7. Kết chương .112 THUYẾT MINH CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM .113 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 1 19 PHỤ LỤC 121 A. BÀI TOÁN TÌM ĐƯỜNG ĐI NGẮN NHẤT GIỮA 2 ĐIỂM .122 B. BÀI TOÁN XỬ LÝ ĐIỀU PHỐI CẤP THỜI (EMERGENCY) .123 KHOA CNTT – ĐH KHTN - 5 - C. GI ỚI THIỆU VỀ NÚT ẢO. .124 TÀI LIỆU THAM KHẢO 127 KHOA CNTT – ĐH KHTN - 6 - Lời mở đầu Trong cuộc sống hiện nay, khi xã hội phát triển, con người luôn bị đòi hỏi cao về thời gian. Do đó, yếu tố thời gian được xem là yếu tố quyết định trong mọi sinh hoạt hằng ngày. Điều này đã cho chúng ta thấy thời gian đã quý nay lại càng quý hơn. Thực tế đã cho chúng ta thấy, có những việc đòi hỏi rất nghiêm khắc về thời gian, mà nếu không đáp ứng được có thể sẽ có một hậu quả nghiêm trọng, ảnh hưởng đến tính mạng con người cho đến tiêu hao về của cải vật chất. Ví dụ như: các hoạt động phòng cháy chữa cháy, cảnh sát phản ứng nhanh 113, đề xuất một lộ trình thích hợp cho một lần phân phối sản phẩm từ công ty mẹ đến các đại lý, lập lịch cho một thiết bị vận hành .Như ng làm sao để ta biết phải điều phối các hoạt động đó thế nào thì hợp lý nhất; làm sao ta có được một lộ trình tối ưu với rất nhiều điểm phải đến trong một khoảng thời gian tương đối ngắn mà ta không phải đợi dài cổ tính, toán suy nghĩ cho mệt óc. Đây rõ ràng là các vấn đề nan giải. Hiện nay, với sự phát triển vũ bão của khoa học công nghệ, đặ c biệt là ngành Công Nghệ Thông Tin, thì người ta phần nào được hệ thống máy tính trợ giúp giải quyết những vấn đề trên. Với hệ thống GIS (hệ thống thông tin địa lý), cùng GPS (hệ thống định vị toàn cầu) thì các vấn đề điều phối xử lý cấp thời dường như có thể thực hiện một cách tốt đẹp. Xuất phát từ những yêu cầu trên, nhằm hạn chế mọi chi phí không đáng có, những khoảng thời gian quý báu sẽ không phải mất đi nhiều, chúng em đã thử nghiệm và áp dụng các chuẩn của OpenGIS (xu thế của ngày nay khi các ứng dụng về GIS hướng đến tính mở nhiều hơn) cùng các thuật giải, các phương pháp nhằm giải quyết tối ưu các bài toán trên mạng giao thông, cũng như là khả năng điều phối nhanh các lực lượng phòng cháy chữa cháy, cảnh sát 113, xe Taxi, v.v… KHOA CNTT – ĐH KHTN - 7 - CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ GIS KHOA CNTT – ĐH KHTN - 8 - 1.1 Hệ thống thông tin điạ lý (GIS – Geographic Information System) là gì ? Hệ thống thông tin điạ lý (Geographical Information System – GIS) là sự kết hợp giữa công nghệ bản đồ số hoá với công nghệ quản trị cơ sở dữ liệu cho phép việc truy xuất, xử lý thống kê một khối lượng lớn thông tin khổng lồ, đa dạng nhanh chóng và rất trực quan … Công nghệ GIS với khả năng phân tích không gian một cách chính xác, nhanh chóng đã được ứng dụng trong rất nhiều ngành khác nhau phục vụ cho việc quản lý vĩ mô. Hệ thống thông tin điạ lý đóng vai trò như một kỹ thuật tổ hợp. Hệ thống thông tin điạ lý đã tiến hoá bởi sự liên kết một số các kỹ thuật tổ hợp rời rạc vào thành một tổng thể hơn là sự cộng các thành phần của chúng lại. Hình 1.1 : Hệ thống thông tin điạ lý với sự tích hợp các ngành khoa học khác nhau. Bản đồ CAD Ảnh Nội suy Viễn thám GIS Phân tích không KHOA CNTT – ĐH KHTN - 9 - 1.2 Mô hình dữ liệu của hệ thống thông tin điạ lý : 1.2.1 Dữ liệu điạ lý: Do sự tích hợp liên ngành nên hệ thống thông tin điạ lý làm việc với nhiều nguồn thông tin khác nhau như: bản đồ, ảnh hàng không, ảnh viễn thám . Hệ thống thông tin là một hệ thống thu thập, lưu trữ và điều hành các thông tin dưới dạng giấy, ảnh, số về các hiện tượng tự nhiên trong thế giới thực. Trong cơ sở dữ liệu được cấu thành từ thông tin, các thông tin thường không sử dụ ng được trực tiếp mà phải thông qua một hệ thống các công cụ truy xuất, tái tạo lại đối tượng thế giới thực mà người dùng quan tâm. Một đối tượng được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu dưới dạng các thực thể hình học, người dùng sẽ dùng phải tái tạo lại đối tượng ấy thông qua các dữ liệu hình học này. Như vậy dữ liệu là rất đa dạng, chúng có mang tính không gian, thời gian, được gọi là dữ liệu địa lý. Định nghĩa: Dữ liệu địa lý là các dữ liệu số mô tả các đối tượng trong thế giới thực. Dữ liệu điạ lý được tổ chức thành hai nhóm thông tin chính, đó là: 1/ Nhóm thông tin về phân bố không gian. 2/ Nhóm thông tin về thuộc tính của đối tượng. 1.2.2 Mô hình bản đồ chồng xếp: Một trong những phương pháp chung nhất của tổ chức dữ liệu điạ lý là tổ chức theo bản đồ và các lớp thông tin. Mỗi lớp thông tin là một biểu diễn của dữ liệu theo một mục tiêu nhất định, do vậy nó thường là một hoặc một vài dạng của thông tin. Ví dụ để nghiên cứu nguồn tài nguyên thiên nhiên, điạ chất, các điều kiện vật lý lớp dướ i đất, sử dụng đất, kênh rạnh……Người ta tách chúng thành các lớp. KHOA CNTT – ĐH KHTN - 10 - Đối với bài toán quy hoạch thành phố, các thông tin có thể là dữ liệu về đường phố, công trình công cộng, giao thông, phân vùng….Các thông tin này được lấy từ bản đồ, ảnh hàng không, ảnh vũ trụ và được chồng xếp lên nhau để được bản đồ tổng quát. Cách tổ chức theo lớp này là hợp lý nếu chúng ta đang làm việc với các đối tượng trải bề rộng. Tuy nhiên phương pháp này có thể không cần thiết nữa nếu chúng khác theo độ cao hay theo thời gian. Hình1.2: Mô hình dữ liệu vật lý. Mỗi lớp thông tin lại có mô hình cấu trúc chi tiết hơn. Về nguyên lý lớp thông tin là tập hợp các dữ liệu điạ lý về một khiá cạnh nào đó của đối tượng điạ lý thực tế. Do đó nó sẽ mang cấu trúc chung cho loại dữ liệu đó. Không giống như các dạng dữ liệu thông dụng khác, dữ liệu điạ lý phức tạp hơn, nó bao gồm các thông tin về điạ lý, các quan hệ topo và các thuộc tính phi không gian. Mọi dữ liệu điạ lý có thể được mô hình với ba thành phần khác nhau theo quan niệm topology – điểm, đường, vùng.Bất kì một đối tượng tự nhiên nào đều có thể được biểu diễn bằng một trong bao đối tượng này kèm theo chúng là những thông tin đặc thù riêng. Mô hình dữ liệu điạ lý bao gồm bốn thành phần sau: 1. Thành phần khoá. 2. Định vị . [...]... là một kiểu con của Feature Và những Feature Collection và Feature là những phần tử Mô hình Geodata OpenGIS trung tâm Một Fearture và một Coverage có thể được phân biệt bởi sự bão H hòa tương đối của dữ liệu Trong một Coverage có một giá trị dữ liệu liên quan Đ điến mỗi vị trí Ví dụ , một thành phố được định nghĩa như một Feature không trả về một giá trị cho mỗi điểm Ở tại một điểm đã cho, có thể chứa... của một hệ thống kĩ thuật số để - Tùy thích trao đổi tất cả các loại thông tin không gian về Trái đất ,về các đối tượng và hiện tượng ở trên ,bên trên và dưới bề mặt Trái đất - Chạy các phần mềm có khả năng thao tác các thông tin như vậy K H O A qua mạng một cách hợp tác 2.2 TỔNG QUAN VỀ OPENGIS : 2.2.1 Làm quen với OpenGIS Specification : 2.2.1.1 Khái niệm: Đặc tả OpenGIS (OpenGIS Specification) , một. .. dữ liệu ratser 2-D được xem như là một ma trận các ô lưới đặc trưng cho một ô vuông bề mặt đất Độ phân giải của dữ liệu raster phụ thuộc vào kích thước của những ô lưới này - 11 - K H TN Hình 1.4 :minh hoạ dữ liệu raster, ta có một ma trận với các giá trị khác nhau Trong đó nước có giá trị 1, rừng là 2 và đất nông nghiệp là 3 1.3 Thu thập các nguồn dữ liệu của GIS: H Có nhiều kỹ thuật để thu thập thông. .. mượn chính nó để sử dụng bên trong những giao diện mở cho geoprocessing, và theo một cách mà hỗ trợ – qua một tập hợp những dịch vụ OpenGIS – một số hàm tới hạn như những danh mục geodata OpenGIS Feature Collections (Những tập hợp tính năng OpenGIS) H Làm sao những tính năng OpenGIS được quản lý trong những tập hợp K H O A C N TT – Đ tính năng OpenGIS Hình 2.1: 9 lớp khái niệm Trong 9 cấp độ trên , cấp... học và khái niệm K H TN - Một mô hình chung để thực hiện những truy nhập, quản lý, thao tác, trình bày, và chia sẻ geodata giữa những cộng đồng thông tin - Một bộ khung để sử dụng mô hình Open Geodata và mô hình dich vụ Open GIS để giải quyết vấn đề khả năng không hoạt đông kết hợp không chỉ về mặt kĩ thuật mà cả về mặt tổ chức Các nhà phát triển xây dựng những hệ thống có giao diện thích ứng H OpenGIS. .. đựng một Coverage, nhưng chính nó lại không trả ra C N TT một giá trị Một thành phố được định nghĩa như một Coverage trả lại cho mỗi điểm một giá trị, như độ cao hoặc chất lượng không khí Một Coverage, tuy nhiên, có thể bắt nguồn từ một Feature Collection : Chúng ta có thể bắt đầu từ một Feature Collection và sử dụng một hay nhiều thuộc tính của những Feature này để định nghĩa một Coverage, giá trị. .. gian và không có phạm vi cụ thể Ví dụ : nhiệt độ, thành phần đất … Một giá trị hoặc sự mô tả của một hiện tượng chỉ có ý nghĩa tại một điểm cụ thể trong không gian ( và có thể cả thời gian ) Ví dụ : Hiện tượng được gọi là nhiẹt độ chỉ có giá trị cụ thể tại vị trí xác định - 25 - Coverage (Vùng che phủ) : là sự kết hợp những điểm bên trong một miền thời gian / không gian vào một giá trị ( của một kiểu dữ. .. theo một cách mà tất cả các hệ thống phần mềm có thể liên quan đến - 22 - OpenGIS Geometry (Hình học OpenGIS) Làm sao hình học được xây dựng dựa vào OpenGIS Points, theo một cách mà tất cả các hệ thống phần mềm có thể liên quan đến OpenGIS Feature (Tính năng OpenGIS) Làm sao những tính năng K H TN OpenGIS được xây dựng từ hình học, từ các thuộc tính, và một hệ thống tham chiếu không gian, theo một cách... thể chuyển đổi dữ liệu Raster sang dạng dữ liệu Vectơ Phương pháp này cho tốc độ nhanh do tính tự động nhưng lại kém chính xác hơn so với việc số hoá thủ công Các kỹ thuật trên đều dựa vào nguồn dữ liệu bản đồ giấy có sẵn Trên thực tế, K H TN người ta còn dựa vào các ngành lĩnh vực khác như : viễn thám, GPS, phân tích ảnh … để thu thập nguồn dữ liệu cho GIS 1.4 Hiện trạng ứng dụng công nghệ GIS tại Việt... phủ, – … OpenGIS Specification chuẩn hóa cách mà các hệ thống đó C N TT truyền thông những loại thông tin này Features and Feature Collections ( Tính năng và Tập hợp tính năng ): Là cấp độ cuối cùng của Essential Model Một Feature Collection là đơn vị cơ bản, nguyên tử của quan hệ geospatial trong một môi trường hệ thống máy tính nối mạng, là K H O A đơn vị thương mại trong một giao dịch chia sẻ thông . NGHỆ THÔNG TIN BỘ MÔN CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM TRẮC NGỌC ĐĂNG - 0012029 BÙI THẾ TÀI - 0012086 Đề tài: KẾT HỢP CHUẨN OPENGIS VÀ HỆ QUẢN TRỊ CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỂ GIẢI. NGHỆ THÔNG TIN BỘ MÔN CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM TRẮC NGỌC ĐĂNG - 0012029 BÙI THẾ TÀI - 0012086 Đề tài: KẾT HỢP CHUẨN OPENGIS VÀ HỆ QUẢN TRỊ CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỂ GIẢI