Xây dựng hệ thống khai thác trực tuyến cơ sở dữ liệu địa lý

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ 000 NGUYỄN SƠN HẢI XÂY DỤNG HỆ THỐNG KHAI THÁC TRựC TUYẾN C SỞ Dữ LIỆU ĐỊA LÝ CHUYỀN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN MẢ SỐ: 0Ỉ01Ỉ0 LUẬN VẢN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Đ ặng Văn Đức r Hà Nội, năm 2001 M ỤC LỤ C L i m đ ẩ u Chương I: Giới thiệu Tổng quan hệ thỏng tin địa lý 1.1 Khái niệm G IS 1.2 Giới thiệu loại hệ thống G IS 1.3 C ác thành phần hệ thống G IS 1.4 Các mô hình liệu khơng gian chù yếu dùng hệ thống GIS 1.4.1 Mơ hình raster 1.4.2 Mỏ hình véctơ 10 1.5 Quan hệ liệu đồ véctơ liệu phi hình học 13 Chương II : Ba mơ hình khai thác sở liệu địa lý mạng Intranet, thực tiễn việt nam mỏ hình phù hợp II Đặt vấn đề 16 11.2 Giải pháp phát triển ứng dụng DGI- Ba mơ hình khai thác sờ liệu địa lý mạng Intranet 17 11.3 Các thí dụ cài đặt ứng dụng cho mơ hình 20 11.4 L ự a c h ọ n m hình khai th c phù hợp vớithực tiễn Việt N am Chương n i: Khái quát ƯM L, phân tích thiết kế hệ thống MapOnỉine ngịn ngữ UML n u Giới thiệu ƯML 26 UI.2 Mô hình khái niệm UM L 28 111.2.1 Phần tử mỏ hình UML 28 111.2.2 Sơ đồ U M L 32 111.2.3 Các quv tắc ƯML 40 III.2.4 Các chế chung U M L 41 III.3 Kiến trúc hệ thống 42 ni.3.1 Use case view 43 IÏÏ.3.2 Quan sát thiết kế (losical view ) 43 III.3.3 Ọuan sát cài đặt (implementation view ) 44 n i.3.4 Quan sát triển khai (deployment view ) 4 111.3.5 Quan sát tiến trình 45 111.3.6 Cần quan sát 45 m Phàn tích, thiết kế hệ thóna khai thác trực tuyến sờ liệu địa lý MapOnline naỏn naữ ƯM L 46 III.4.1 Các tác nhàn 47 ra.4.2 Các trường hợp sử dụng(use case) 48 n i.4 Tác nhàn HT_DieuKhienYC tác nhàn HT_Qly_NSD 61 Chương 4: Hệ thống khai thác trực tuyến sờ liệu địa lý MapOnline chức nâng IV Giới thiệu chung vể hệ thống VlapOnline 70 u cầu cấu hình phần cứng, mịi trường hồ thống MapOnỉine 7ỉ Nguyên tắc hoạt động hệ thống 72 C ấ u trú c c c thành phần m y c h ủ /m y trạm v V n a h ĩa c ủ a chúng hệ thống MapOnline 72 IV Các chức nảng hệ thống MapOnline 74 Kết luận 89 Tài liệu tham khảo i L Ờ I M Ở ĐẦU Vài năm gần đây, việc ứng dụng hệ thòng tin địa lý (Geographical Information System — GIS) gia tăng nhanh chóng GIS hệ thống trợ giúp máy tính để quản trị thỏns tin tham chiếu địa lý hay nói cách khác hệ thống trợ aiúp định không gian có khả năn® liên kết mị tả vị trí với đặc trưng cùa tượng xảy nơi Đã có nhiều phần mem GIS thương mại, từ hệ thống GIS hệ thống lập đổ máy tính chun nahiệp đến trình duyệt đổ đơn giản Tuy nhiên, nuười sử dụng hệ thốna bị giới hạn lãnh thổ địa lý sử dụna, phần lớn chúng làm việc máy tính đơn lẻ Trong năm gần đây, hệ thống máy tính nối mạng Internet bật lên nhờ sức mạnh tiềm tàng thống trị liên lạc tồn cầu thực tế trờ thành phần không tách rời đời sống xã hội làm tăng hiệu cách thức mà người sử dụng để có thơng tin khịng gian, sử dụng chia xẻ chúng theo khuôn mẫu k h c n h a u d ễ h iể u c h o n g i s d ụ n g Trong b ố i c ả n h đ ó , c c h ệ th ố n g GIS phát triển môi trường mạng Internet xuất hiện, phát triển ứng dụng rộng rãi nước phát triển Tuy nhiên hệ thống cũns mẻ ứng đụng hạn chế Việt Nam, phần nguyên nhân c ù a v ấ n đ ề n y c ũ n g d o h tầ n g c s th ò n g tin n c ta c ò n c h a đ ù m n h đ ê c ó thể đáp ứng yêu cầu khai thác hệ thòng tin địa lý Luận văn trình bày kết nghiên cứu số mơ hình cho việc khai thác trực tuyến liệu thông tin địa lý, thực thiết kế, xảy dựng hệ thống khai thác trực tuyến liệu thỏna tin địa lý theo mị hình phù hợp với thực tiễn Việt Nam Nhiệm vụ luận ván là: Nshièn cứu kháo sát vấn đề cúa hệ GIS -2- Nghiên cứu khảo sát kỹ thuật tích hợp GIS với Web, dựa trẽn mơ hình tính tốn khách/chủ đê’ đưa mị hình hệ thống để quản lý, khai thác trực tuvến liệu hệ thống GIS Dùng ngơn ngữ mỏ hình hóa thống (Unified Modelling Language — UML) để phàn tích, thiết kế sau dùng ngỏn ngữ lập trình Visual c+ + để xây dựng hệ thống khai thác trực tuyến sờ liệu địa lý theo mơ hình phù hợp với thực tiễn Việt Nam Nội dung toàn luận văn chia thành bốn chương chính: Lời mờ đầu Chương I : Giới thiệu tổng quan hệ thơng tin địa lý Chương n : Ba mơ hình tích hợp GIS với Intranet, thực tiễn Việt Nam mị hình phù hợp Chương III : Thiết kế hệ thống khai thác CSDL địa lý Internet Khái quát UML, phàn tích, thiết kế hệ thống khai thác trực tuyến sờ 1iệu địa lý ngôn ngữ U M L Chương IV : Hệ thống khai thác trực tuyến sở liệu địa lý MapOnline chức Kết luận Phần cuối phần giới thiệu tài liệu tham khảo -3 - Chương I G IỚ I TH IỆU TỔNG QUAN VỂ HỆ THÔNG TIN ĐỊA L Ý Tronc chương này, luận văn sỗ trình bày nội dung sau: s Khái niệm GIS 'S Cúc thành phán hệ thốn G IS s Giới thiệu loại hệ thons GIS s Các mỏ hình đữ liệu khơng gian chủ yếu đùna trona hệ thốna GIS mị hình raster mị hình véctơ s Quan hệ liệu đổ véctơ liệu phi hình học GỈS gì? GIS cơng cụ phàn tích, khịns đơn gián chi hệ thống máv tính vẽ bán đổ có the tạo nèn đố với tý lệ khác nhau, phép chiếu khác màu khác Thè lợi chù yếu cùa cho phép nhận biết mối quan hệ khịng gian siữa đặc tính bân đồ GIS liên kết liệu khịns Ían đơi tượng đồ vói thịna tin thuộc tính đối tượng đó, thơng tin thuộc tính đối tượng thường tính chất, đặc điểm riêng, đặc trưng địa lv mỏ tả vể đối tượng Thí dụ, hệ thống đường phố biếu diễn bời đoạn thẳng liệu mò tả toạ độ đoạn thẳng để biểu diễn chúng, cịn có thuộc tính tên đường, độ rộng, loại đường GIS sử dụng thỏng tin lưu trữ để tính tốn thơng tin vể đặc trưng cùa bàn đồ, thí dụ để tính tốn độ dài đường phố cho trước Nhìn vào hình vẽ 1.1 ta thấy từ giới thực với nhiéu mục đích khác ta có thè’ tạo nèn loại bán đổ phù hợp với ứng dụng rièng bàn đổ thủv lợi, bàn đổ quàn lý việc sử dụng đát đồ hành quận, huyện Đã có nhiéu định nghĩa GIS dưa ra, định nghĩa thóng dụng nhát là: -4- CỈS tập bao gồm phấn cứriỊỊ, phần mềm múv tính, liệu địa lý vù thiết k ể đ ể thu thập, lưu trữ, l ập nhật, tính tốn, phân rich, vù biểu diễn chúmỊ dự/li* địa lý ( National Center for Geographic Infomation and Analysis - NCGLA (1990) Core Curriculum: Application Issues in GIS, University of California, Santa Barbara Tran g 364) Hình 1.1 Thế giới thực gồm nhiều đồ đia lý khác biếu diễn lớp liêu liên quart Như vậy, hệ thống GIS nhiều loại hệ thống thông tin máy tính Việc phàn loại hệ thống thịng tin mơ tả Hình 1.2 Theo định nghĩa GIS -5 - vù theo Hình 1.2 thi GIS có dái rông ứng đụng chúng hệ thống thịng tin địa chính, quản ỉý đất dai hệ thống thịng tin kinh tế xã hội Hình 1.2 Sơ đồ b i hình hệ thống thòng án Các thành phần GIS Hệ thống GIS bao gồm thành phần mô tả hình 1.3 Một hệ thống GIS bao góm cỏng cụ phần mềm để thao tác sờ liệu Cư sờ đữ liệu thông tin trích lọc từ giói thực đồ nguồn liệu chủ yếu cho hệ thống GIS -6- CickỂt Hình 1.3 Các thành phần bàn hệ thòng GIS Mỗi GIS có mỏ hình liệu quan niệm riêng để biểu diễn mơ hình liệu vật lý Hệ thòng tin địa lý cung cấp phươnỉỉ pháp đê người sử dụng làm theo mơ hình quan niệm Với người dùng quan niệm liệu khơng gian liên quan chặt chẽ với liệu nsuồn để xây dựng nên mị hình khơng gian máy tính Các đơn vị hình học sơ khai sử dụng để đặc trưng liệu khòng gian thu thập Có hai nhóm mơ hình liệu khịng gian ta thường gặp hệ thống GIS mỏ hình liệu véc tơ v mơ hình liệu raster Phương pháp biểu diễn c c đối tượns địa lý phần tử đồ họa (điếm, đường đa giác) gọi phương pháp véc tơ hay mơ hình liệu véc tơ Phương pháp biểu diễn đối tượng địa lý c c điểm ảnh gọi phương pháp raster hay mỏ hình liệu raster ỉ M ị hình liệu raster Mỏ hình đữ liệu raster (hay cịn gọi lưới tế bào) hình thành cho số hệ thông tin địa lý Các hộ thống trẽn sờ raster hiển thị, định vị lưu trữ liệu đồ họa nhờ sử dụng ma trận hav lưới tê bào Độ phàn dải liệu raster phụ thuộc vào kích thước tế bào hav điếm ảnh; chúng khác Hình 1.4 Biểu diễn raster -7- từ vài chục dm đến vài km Tiến trình xáy dựng lưới tế bào mị tà sau dây: a ? 3 3 3 • ' ì ì ? ? NUh;5 > ? 2 ì 3 -ì 3 ■} ị -1 h ì 3 3| ĩ ì 3 ĩ 1 3 ,:1 " " ẻ - ã_J5 - y T 2 ’ 3 Hình 1.5 Sự ảnh hưởng lựa chọn kích thước tế bào Giả sử phủ lưới đồ gốc, liệu raster dược lập cách mã hoá tế bào giá trị dựa theo đặc trưng đồ (hình 1.4) Trong thí dụ này, đặc trims 'dường' mã hóa 2, đặc trưng 'điểm’ mã hố cịn đặc trưng 'vùng' mã hóa Kiểu liệu tế bào lưới phụ thuộc vào thực thể mã hố; ta sử đụng số nsun, số thực, ký tự hav tổ hợp chúna để làm giá trị Độ xác mõ hình phụ thuộc vào kích thước hav độ phàn giải tế bào lưới (hình 1.5) Một điểm tế bào, đườna vài tế bào kề nhau, vùng tập hợp nhiều tế bào Mỗi đặc trưng tập tế bào đánh số (có giá trị) Bản đổ phàn thành nhiều tầng (laver) Mỗi tầng bàn đồ bao gồm hàng triệu tế bào Trung bình ảnh vệ tinh Landsat phù 30 000 km2, với kích thước điểm ảnh 30 m có khoảng 35 triệu tế bào hay pixel Để giảm sò' lượng cần lưu trữ ta phải nén liệu nhừ số thuật tốn Có thuủt tốn bảo tồn ánh, cho khả nãng khơi phục tồn tập liệu gốc Có thuật tốn tối ưu dung lirợng lưu trữ lại mát thông tin ban đầu Sau trình bày tóm tắt chế nén cho phục đđy đủ thông tin Phương pháp nàv gọi ià phưcmg pháp mã hoá đỏ dài thay đổi (run length encoding): liệu vào theo đôi, số thứ nhát tổng số byte giống nhau, số thứ hai giá trị chúng Thí dụ, lưỡi pixel 00011 00111 00111 01111 -77 - ChangePass - Đãng nhập sửa đổi mật thừi thấv mật kháu thời khòng thích hợp Chú ý: hệ thống ch i bắt buộc p h ả i thực h iệ n thù tục đăng nhập n g i dùng truv nhập hệ thốns lán Nếu vào khai thác liệu mà muốn khai thác ứno dụng khác phài vào lại chức nâng Application, hệ thống cho lựa chọn luòn ứng dụng khai thác mà khòng phải đăng nhập lại Trên hộp thoại chức ghi nhớ tất thông tin vể người sử dụng trừ mật người Khi chức nâng nàv sử dụng, lần đăna nhập sau hệ thống tẻn đăng ký người sử dụng hệ thống, chi phải gỗ vào mật đăng ký Sau thực xong thù tục đăng nhập hệ thống, hệ thống hiển thị hộp thoại liệt kê danh sách ứng dụng có đê người dùng có thẻ lựa chọn khai thác S e le ct application B í B e s o lfc ri: " - :- betect âpp&caocn Woiid Application USA Application Vietnam 98 Mexico Application Washington DC Asean Application bolivia 1VN 2000 BeNin ™ 'Ế ' - h Việt Nam JE i i l l Vùng ■m Tỉnh _■ I I I Huyên Xã ,)c-;• Biên giới Đường mm Đường ô tô ■ V' ? ■$ JO Sơng ~- - 91 -“ •*> ỳ t' r Hình 4.4 Hộp thoại chọn ứng dụng khai thác Hộp thoại Select Application đươc chia làm hai phần, phần danh sách tên ứng dụns có sờ liệu phần mô tả tên lớp (Layer) có ứng dụng chọn Một ưu điểm cực kv quan trọns MapOnline, khả mờ rộng ứng dụng Ngoài ứng dụng có sẩn sờ liệu, chương trình cịn cho phép gọi hiển thị, khai chác liệu khơng có sở liệu cùa MapOnline Các ứna dụng nầm cờ sờ liệu hệ thịns đó, thí dụ -78- ứníi dụng hệ thống POPMAP Maplnfo, AutoCad, MapVievv .(Trong phiên bàn thời, hệ thống chi gọi tới ứng dụng hệ thống POPM AP) Như khà khai thác liệu hệ thổna tăng lên rát nhiểu với đáu vào liệu phons phú làm tăng sức mạnh cùa hệ thống Với đặc điểm nsười quàn lý hệ thống không cần phài quan tâm đến việc chuyển đổi liệu mà trình cài đật hệ thống, cần đường dẫn tới ứng đụng hệ thống POPM AP, M aplnfo, AutoCad, M apV iew .đang có máy chù Hệ thống MapOnline cịn có khả ghi nhớ tồn trạng thái thời cùa hệ thống vào tệp liệu trạng thái (tệp Workspace *.w or), sau người đùng mờ tệp trạng thái trạng thái hệ thống lại khôi phục Các trạng thái hệ thống bao gồm: Vùna đồ, kiểu, trạng thái lớp đồ— (phần nàv nói kỹ phần Save Workspace phần Tools) Troníi phần hướng dẫn sử dụng này, luận văn lấy ứng dụng Vietnam 98 làm thí dụ mẫu Sau chọn Vietnam 98 bàn đổ kết hiên thị hình Sau mờ ứng dụng bầng cách chọn application List o f application, tất các lớp ứng dụng dược hiển thị với thuộc tính mặc định lớp • C c n ăn g L a y er M an ager Hình 4.5 Hập thoại đặt trạng thái lớp bàn dồ Chức Layer Manager, có nhiệm vụ chính: -79- BẠt tất (ON OFT7) lớp bàn đồ giúp việc nhìn lớp đồ cán thiết danh sách Iứp đồ ứriiĩ dụng Giúp người dùng đặt thuộc tính cho lớp bàn (layer), thay đổi (đặt lại) kiểu cho lớp khác kiểu mặc định sắn có chúng, thí dụ: độ đày đường, màu đường, kiểu đường cho lớp có kiểu line, đặt màu đường biên, kiểu đường biên, màu tô kiểu tơ cho lớp có kiểu polygon, chọn ký hiệu, màu, kích cỡ cho lớp có kiểu point X ác dịnh lớp đồ thời mà hệ thống truy nhập • C c ch ứ c hiển thị Chức Zoom AU : hiển thị toàn đổ trang hình Chức Zoom ỉn dùng để phóng to vùng cùa đồ giúp người dùnạ nhìn rõ đối tượng đồ vùng đánh dấu Chức Zoom Out cho khả thu nhỏ đổ, vùng đồ đánh đấu đưa aiữa hình Khi dùng chức Zoom AU, Zoom In , Zoom Out, tỉ lệ xích Scale thay đổi tuỳ theo độ phóng to, thu nhỏ đổ Chức Part', dùng để dịch chuyển vùng đồ muốn xem Chú ý lù chức Pan thực dịch chuyển đổ khơng làm thay đổi tỉ lệ đổ • Chức nàng Identify Giúp nsirời sử dụnq khai thác liệu trẻn đối tượng lớp bàn đổ thời ( Current Layer > Khi chức nâng kích hoạt, ta kích trị chuột vào đối tượng thuộc lớp đổ thời, ta có đầy đủ thịng tin đối tượng thống kè thành bảng hiển thi cùa sổ riêng có tẻn Identify - 80- i info for YfiPirpfffll.tạtéiíXZ’Jnll*! f AGRI_VAL95 10)4.1 ỈNỊUS_VA3È2646 AGfllVALSS 1097" _ reaiudd SI INỌÙS VAS?.233S A GPI VAL97: t271.5 'ORDER ~ ' 002001 oooooooooooc STAF INC35 373.3 ' Sliaoe S T A F INC36 Ỵ5 A R EA ■' 320.S NAME T P H iJ g J S T A M N C 431.1 PO P T0T35 1999060 mẵN&ÊẾsmmmam Hình 4.6 M àn h ìn h hiển thị ch ứ c /tán g Id en tify Đối tượng chọn để xác định thòng tin đánh dấu màu đặc trưng, khác màu đối tượng khác không đuợc chọn Màu đánh dấu đối tượng đặt chức Tooỉs • C c n ăn g T hem atic Hệ thống cho k h ả xày dựng đồ chuyên đề cho lớp đồ thông qua chức Thematic Nguyên tắc phương pháp dựa giá trị liệu thống kẻ đối tượng lớp đồ để phàn biệt đối tượng hình thức khác để thông qua thể khác đối tượng mà đánh giá cách trực quan sư thay đổi giá trị liệu chúng Có cách xây dựng đồ chuyên đề: Class Break, Dot D ensity, Graduated v Label Phương pháp Class Break dùng phương pháp tô màu khác đối tượng khác lớp đổ để thể thay đổi giá trị liệu đối tượng trẻn lớp đồ -81 - Hình 4.7 Bàn đố thể Tổng dán sị tỉnh phía bắc Việt Nam nám 1996 phương pháp tô màu (class break thematic) Trong thí dụ trèn !à bàn đồ thể Tổng dân số tỉnh phía bắc Việt Nam năm 1996, đồ thể tỉnh có tổng dân số cao có màu tơ đỏ đậm Phương pháp thứ hai để biếu diễn liệu Dot Density, dùna chấm điểm để biểu diễn độ [ớn giá trị liệu đối tượng » ? æ » B a t a a i B - T g t B s g ~ - Ỉt 9T2 & ỵ A p p ic a b o r i m SrC Ser 'Z o c*n BẳẤ Hình 4.8 & Zoom m _ , Zoom out P an : , ô Ci W ertify Them aiic S3 Sheet ãã ~ Chart Tđ< r lo ỷ ls I -V •.,*? PrrV Bản đồ thể Tổng dàn sị' tỉnh phía bắc Việt Nam nám 1996 phương pháp mật độ điểm (Dot density thematic) Phương pháp Dot Density dùng biểu diễn liệu cho lớp đổ có kiểu polygon Mỗi chấm điểm biểu diễn số đơn vị liệu định, giá trị liệu đối tượng vùng thể số điểm chấm vùng đó, vị trí điểm trẽn vùng ngẫu nhièn, miễn điểm nằm đườns biên vùna Như nhìn vào số điểm vùng, ta đánh giá độ lớn giá trị liệu vùng đó, vùng có số điểm đậm đặc giá trị liệu lớn Phương pháp thứ ba để biểu diễn liệu Graduated , biểu diễn độ lớn giá trị đữ liệu đối tượng thơng qua ỉớn hình trịn Láy lại thí dụ biểu diễn số liệu dân số cho tình phía bắc Việt Nam năm 1996 Nhìn vào đổ kết quả, qua độ lớn hình tròn nằm trèn vùng đổ, thể độ lớn giá trị liệu vùng, hình trịn có kích cỡ lớn biểu diễn giá trị lớn liệu - 83 - ! S3 M L ã Appớcabcn t ợ w w g c r 00,11 ^ Hình 4.9 ; Q ^oam n Icxxn out Pan * o * Ictenlify ThemotfC S Shoeỉ Owl - T o o ls Pnrt Bản đồ thể Tổng dán sỏ' rình phía bấc Việt Nam năm 1996 phương pháp Graduated (Graduated thematic) Phương pháp thứ tư để biểu diễn dư liệu Label, biểu diễn độ lớn giá trị liệu đối tượng kiểu chữ số - 84- ạq ;,£• ậ-= ^ocmir' A Application manager ’ Z'oom^ a ĩ-oom oiâ p Pan ' Identify-Thematic ọ CỊ Sheet m ft Chart J - T o o ls (ỉ Pnrtf - 3116Í4 46*339 20SÜ47 M4SỈ8 433000 S30000 1019299 Ỉ3Ĩ347Ì'Ì^SẼỈ^! 1441044 170000 ÌSlỉOữO' Hình 3.87 MM 15 sr )S.«3 2991000 Ban