Nghiên cứu khả năng hỗ trợ dữ liệu không gian của cơ sở dữ liệu hướng đối tượng mã nguồn mở

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN TIÊN KHÔI NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HỖ TRỢ DỮ LIỆU KHÔNG GIAN CỦA CƠ SỞ DỮ LIỆU HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG MÃ NGUỒN MỞ Chuyên ngành : Khoa Học Máy Tính LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2011 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học :TS Vũ Xuân Cường Cán chấm nhận xét :PGS.TS Dương Tuấn Anh Cán chấm nhận xét :PGS.TS Dương Anh Đức Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 31 tháng 08 năm 2011 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: TS Thoại Nam PGS.TS Dương Tuấn Anh PGS.TS Dương Anh Đức TS Vũ Xuân Cường TS Nguyễn Đức Cường Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA………… ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Phan Tiên Khôi .MSHV:00707171 Ngày, tháng, năm sinh: 06/05/1984 Nơi sinh: Quảng Nam Chuyên ngành: Khoa Học Máy Tính Mã số : I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu khả hỗ trợ liệu không gian sở liệu hướng đối tượng mã nguồn mở II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu, đề xuất mơ hình sở liệu hướng đối tượng hỗ trợ liệu không gian, sở đó, thiết kế xây dựng hệ quản trị sở liệu hướng đối tượng hỗ trợ liệu không gian III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 22/06/2010 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:20/05/2011 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN :TS Vũ Xuân Cường Tp HCM, ngày tháng năm 20 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MƠN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA….……… LỜI CẢM ƠN Tơi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến gia đình tơi, người ln động viên, tạo điều kiện để học tập, nghiên cứu Xin cảm ơn ba má, người đặt nhiều hy vọng vào Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới TS Vũ Xuân Cường, người anh, người thầy tận tình giúp đỡ hướng dẫn cho tơi hồn thành luận văn Xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp, nhà nghiên cứu mà tơi tham khảo ý kiến q trình thực luận văn TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2011 Phan Tiên Khôi LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan rằng, ngoại trừ kết tham khảo từ cơng trình khác ghi rõ luận văn, cơng việc trình bày luận văn tơi thực chưa có phần nội dung luận văn nộp để lấy cấp trường trường khác Ngày 27 tháng 09 năm 2011 Phan Tiên Khôi TÓM TẮT Luận văn nghiên cứu sở lý thuyết sở liệu hướng đối tượng kiến trúc chi tiết hệ quản trị sở liệu hướng đối tượng, kết hợp với nghiên cứu mơ hình liệu khơng gian để đưa mơ hình sở liệu hướng đối tượng hỗ trợ liệu không gian Mơ hình tảng sở để luận văn thiết kế xây dựng hệ quản trị sở liệu hướng đối tượng hỗ trợ liệu không gian Hệ quản trị sở liệu đáp ứng yêu cầu hệ sở liệu không gian khả lưu trữ liệu không gian, khả truy vấn không gian i    SUMMARY The thesis has been developed on researching about the fundamental theories of object – oriented databases as well as the particular architecture of one object – oriented database management system, associated with researching about models of spatial data to present an object – oriented database model in supporting spatial data This model is a foundation for the thesis to grow up to another step on designing and building an object – oriented database management system which supports spatial data This database satisfies the basic requirements of spatial database, such as the capability of spatial data storage and the ability for spatial queries ii    MỤC LỤC TÓM TẮT i SUMMARY .ii MỤC LỤC iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vii ĐỊNH NGHĨA CÁC THUẬT NGỮ viii DANH MỤC HÌNH VẼ x DANH MỤC CÁC BẢNG xii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 LÝ DO THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 1.2 MỤC TIÊU VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 1.2.1 Mục tiêu chung 1.2.2 Mục tiêu cụ thể 1.2.3 Giới hạn đề tài 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.5 CẤU TRÚC LUẬN VĂN CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2.1 CÁC NGHIÊN CỨU VÀ SẢN PHẨM TRONG NƯỚC 2.1.1 Các nghiên cứu 2.1.2 Các sản phẩm 2.2 CÁC NGHIÊN CỨU VÀ SẢN PHẨM NGOÀI NƯỚC 10 2.2.1 Các nghiên cứu 10 2.2.2 Các sản phẩm 14 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 17 3.1 TỔNG QUAN VỀ DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 17 3.1.1 Giới thiệu liệu không gian 17 iii    3.1.2 Các quan hệ không gian 23 3.1.3 Một số đặc điểm sở liệu không gian 24 3.1.4 Mơ hình liệu khơng gian ERSI 26 3.2 GIỚI THIỆU CÁC MƠ HÌNH CƠ SỞ DỮ LIỆU 34 3.2.1 Mơ hình sở liệu quan hệ 34 3.2.2 Mơ hình sở liệu hướng đối tượng 35 3.2.3 Mơ hình sở liệu quan hệ - đối tượng 37 3.3 CHUẨN CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỐI TƯỢNG ODMG 3.0 38 3.4 TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG 40 3.4.1 Giới thiệu sở liệu hướng đối tượng 40 3.4.2 Các đặc điểm sở liệu hướng đối tượng 42 3.4.3 Khả áp dụng liệu không gian vào sở liệu hướng đối tượng 43 3.5 ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ CƠ SỞ DỮ LIỆU HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG 45 3.5.1 Tiêu chí đối tượng đánh giá 45 3.5.2 Các khái niệm 46 3.5.3 So sánh, đánh giá OODBMS thương mại 47 3.5.4 So sánh, đánh giá OODBMS mã nguồn mở 49 3.5.5 Đánh giá khả phát triển 53 3.6 KIẾN TRÚC HỆ QUẢN TRỊ CƠ SỞ DỮ LIỆU DB4O 54 3.6.1 Kiến trúc tổng quát 54 3.6.2 Mơ tả thành phần db4o 57 CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT MƠ HÌNH 65 4.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 65 4.2 CƠ SỞ ĐỀ XUẤT MƠ HÌNH 66 4.3 MÔ HÌNH TỔNG QUAN 71 4.3.1 Mơ hình liệu khơng gian db4o 71 iv    4.3.2 Mơ hình tích hợp mơ hình liệu không gian vào hệ quản trị sở liệu db4o 72 4.4 MÔ TẢ CÁC THÀNH PHẦN CỦA MƠ HÌNH 73 4.4.1 Bộ xử lý lưu trữ liệu 73 4.4.2 Bộ xử lý truy vấn liệu 75 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ KỸ THUẬT 80 5.1 MỘT SỐ QUY TẮC ÁP DỤNG TRONG THIẾT KẾ 80 5.2 THIẾT KẾ CÁC THÀNH PHẦN TRONG MƠ HÌNH 80 5.2.1 Các lớp liệu không gian 80 5.2.2 Các mối quan hệ không gian 83 5.2.3 Thiết kế phép tốn khơng gian 93 5.3 THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG 95 5.3.1 Đặt vấn đề 95 5.3.2 Hệ thống 95 5.3.3 Nhập liệu không gian 96 5.3.4 Hiển thị liệu không gian 96 5.3.5 Chỉnh sửa liệu không gian 96 5.3.6 Truy vấn vấn liệu không gian 97 5.3.7 Các phép tốn khơng gian 97 5.4 THIẾT KẾ GIẢI THUẬT 97 5.4.1 Một số giải thuật xác định mối quan hệ không gian 98 5.4.2 Một số giải thuật xây dựng phép tốn khơng gian 105 CHƯƠNG 6: TRIỂN KHAI, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 110 6.1 XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG HỖ TRỢ DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 110 6.1.1 Hiện thực lớp liệu không gian 111 6.1.2 Hiện thực mối quan hệ không gian 115 6.1.3 Hiện thực phép tốn khơng gian 120 v    Ngồi ra, để lưu giữ liệu khơng gian hệ thống cần phải bổ sung thêm yếu tố phù hợp với u cầu mơ hình hóa giới thực như: hệ thống tọa độ, phép chiếu (cơ sở toán học), hệ thống ký hiệu, quy chuẩn liệu không gian, … Đặc biệt, cần phải nghiên cứu, kế thừa bổ sung tảng lý thuyết sở liệu hướng đối tượng 140    TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Mạnh Thạnh, Đoàn Văn Ban, Hoàng Bảo Hùng: Phương pháp ước lượng truy vấn lồng sở liệu hướng đối tượng siêu đồ thị kết nối, Chuyên san Tạp chí Bưu Viễn thơng Cơng nghệ thơng tin, “Các cơng trình nghiên cứu - Triển khai Viễn thơng Cơng nghệ thơng tin”, 2005 Lê Mạnh Thạnh, Hồng Bảo Hùng: Phương pháp biên dịch truy vấn tương đương từ truy vấn đối tượng OQL sang truy vấn quan hệ SQL, 2006 Lê Mạnh Thạnh, Hoàng Bảo Hùng: Phương pháp tối ưu hóa truy vấn đối tượng phép biến đổi đại số đối tượng OQL, Tạp chí khoa học, Đại học Huế, 2009 Lý Thanh Huy, Nguyễn Việt Hùng, Nguyễn Đăng Lữ, Viên Vĩnh Mên: Xây dựng thư viện phần mềm hỗ trợ hệ thống thông tin địa lý GIS 3D dựa hệ quản trị sở liệu hướng đối tượng ngôn ngữ C++, Luận văn đại học Bách khoa TP HCM, 2003 Nguyễn Thị Hội: Xây dựng sở liệu hướng đối tượng hướng thời gian xử lý truy vấn sở liệu đối tượng hướng thời gian, Luận văn thạc sỹ khoa học, Trường đại học Bách Khoa Hà Nội, 2006 Nguyễn Thị Lý, Nguyễn Sao Kỳ: Ứng dụng phần mềm mã nguồn mở hệ quản trị sở liệu hướng đối tượng Perst xây dựng ứng dụng quản lý hệ thống thông tin địa lý thành phố HCM, Luận văn đại học Khoa học tự nhiên TP HCM, 2005 Trương Ngọc Châu: Dịch chuyển truy vấn OQL vào phép tính bao hàm, Tạp chí khoa học cơng nghệ, Đại học Đà Nẵng, 2009 Trương Ngọc Châu: Tối ưu truy vấn đệ quy hướng đối tượng dựa mơ hình chi phí sở, Tạp chí khoa học công nghệ, Đại học Đà Nẵng, 2010 Vũ Xuân Cường: Tập giảng môn học “Cơ sở liệu không gian”, TP HCM 2006 10 Vũ Xuân Cường: Tập giảng môn học “GIS phục vụ quản lý Tài nguyên Môi trường”, TP HCM 2004 11 Vũ Xuân Cường, Phan Tiên Khôi: Đánh giá khả phát triển hệ quản trị sở liệu hướng đối tượng, Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ 11, Trường đại học Bách Khoa TP.HCM, 2010 12 A.Barfatani, D.Buchanan, M.Buchanan, M.Downingtion: Comparison of Object Oriented Database Systems, Napier University, Edinburgh, 2002 141    13 Alvaro A.A Fernandes, Andrew Dinn, Olive Liew: Extending a Deductive Object – Oriented Database System with Spatial Data Handling Facilities, 1998 14 DoD Data & Analysis Center for Software: Object-Oriented Database Management Systems Revisited, 1997 15 ESRI White Paper, Spatial Data Standards and GIS Interoperability, 1- 2003 16 Frank Manola, Jack A Orenstein: Toward a General Spatial Data Model for an Object-Oriented DBMS, Computer Corporation of America Cambridge, 1986 17 Hans-Peter Kriegel, Thomas Brinkhoff, and Ralf Schneider: Efficient Spatial Query Processing in Geographic Database Systems, IEEE Computer Society, 12/1993 18 Hongjun Lu and Beng-Chin Ooi: Spatial Indexing: Past and Future, IEEE Computer Society, 12/1993 19 Jack A Orenstein: Spatial Query Processing in an Object – Oriented Database System, Computer Corporation of America, 1986 20 Karla A.V Borges, Alberto H.F Laender, Clodoveu A Davis Jr: Spatial Data Integrity Constrains in Object Oriented Geographic Data Modeling, 1999 21 Max J Egenhofer, Andrew U Frank: Object-Oriented Modeling in GIS: Inheritance and Propagation, National Center for Geographic Information and Analysis and Department of Surveying Engineering University of Maine, 1988 22 Michael F Worboys, Hilary M Hearnshaw, and David J Maguire: ObjectOriented Data Modelling for Spatial Databases, International Journal of Geographical Information Systems, 1990 23 Michael Shin, Jonathan Campbell: Essentials of Geographic Information Systems, 2010 24 Norman W Paton, Alia I Abdelmoty and M Howard Wiliams, Programing Spatial Databases: A Deductive Object – Oriented Approach, Department of Computing and Electrical Engineering, Heriot – Walt University, 1995 25 Object Data Management Group: The Object Data Standard:ODMG 3.0, 2001 26 Oliver Gunther, Wolf-Fritz Riekert: The Design of GODOT: An Object-Oriented Geographic Information System, IEEE Computer Society, 12/1993 27 Oracle White Paper, Oracle Spatial 11g:Advanced Spatial Data Management for Enterprise Applications, 7- 2007 28 Patrice Wijnands: Jasmine - Spatial modelling with an object oriented database system, Delft University of Technology Faculty of Civil Engineering and Geosciences Department of Geodesy, 8/2001 142    29 Paul Crowther1 and Jacky Hartnett: Handling Spatial Objects in a GIS Database Relational v Object Oriented Approaches, Sheffield Hallam University, 2001 30 Ralf Hartmut Guting: An Introduction to Spatial Database Systems, 12/1998 31 http://developer.db4o.com/Projects/html/projectspaces/db4o_product_design/db4o_c ore.html 32 http://webhelp.esri.com/arcgisserver/9.3/java/geodatabases/spatial_operations.htm 33 http://webhelp.esri.com/arcgisserver/9.3/java/geodatabases/spatial_relationships.htm 34 http://webhelp.esri.com/arcgisserver/9.3/java/index.htm#geodatabases/the_st_g4329 14457.htm 35 http://www.objectivity.com/pages/objectivity/ove-rview.asp 36 http://www.service-architecture.com/object-orienteddatabases/articles/lack_of_impedance_mismatch.html 37 http://www.versant.com/en_US/products/objectd-atabase 143    PHỤ LỤC PHỤ LỤC A: Mô tả mối quan hệ không gian (ESRI) Quan hệ (Equal) Quan hệ chứa (Contain) 144    Quan hệ nằm (Within) Quan hệ bắc ngang (Cross) 145    Quan hệ rời (Disjoint) Quan hệ chồng lấp (Overlap) 146    Quan hệ giao (Intersect) 147    Quan hệ chạm (Touch) 148    PHỤ LỤC B: Mô tả phép tốn khơng gian (ESRI) Phép tốn đệm Phép toán bao lồi 149    Phép toán hiệu Phép toán giao 150    Phép toán hiệu đối xứng 151    Phép toán hợp 152    Phép toán khoảng cách 153    Lý Lịch Họ tên: Phan Tiên Khôi Ngày sinh: 06/05/1984 Nơi sinh: Quảng Nam Địa liên lạc: 65/3/6, đường Trần Văn Dư, P.13, Q Tân Bình, TP Hồ Chí Minh Q TRÌNH ĐÀO TẠO - Từ 9/2002 Ỉ 4/2007: học Đại học khoa Công Nghệ Thông Tin, trường Đại Học Bách Khoa, TP HCM - Từ 9/2007 Ỉ 9/2011: học Thạc sĩ khoa Khoa Học Máy Tính, trường Đại Học Bách Khoa, TP HCM Q TRÌNH CƠNG TÁC - Từ 4/2007 Ỉ 9/2009: làm việc Chi cục Đo đạc Bản đồ phía Nam, Cục Đo đạc Bản đồ, Bộ Tài Nguyên Môi Trường, Việt Nam - Từ 10/2009 Ỉ 7/2011: làm việc cơng ty Codix Việt Nam - Từ 8/2011 Ỉ nay: làm việc công ty Công nghệ Thông tin Thế Hệ Mới 154    ... liệu hướng đối tượng nguồn mở - Nghiên cứu đặc điểm liệu không gian đề xuất mô hình sở liệu hướng đối tượng có hỗ trợ liệu không gian - Phát triển hệ quản trị sở liệu không gian hướng đối tượng nguồn. .. liệu hướng đối tượng cho sở liệu không gian, mở rộng khả quản lý liệu không gian hệ quản trị sở liệu hướng đối tượng xử lý truy vấn liệu không gian Xây dựng mơ hình liệu hướng đối tượng cho sở. .. liệu hướng đối tượng hỗ trợ liệu không gian Cơ sở liệu không gian sử dụng rộng rãi toàn giới có nhiều nghiên cứu khả hỗ trợ liệu không gian sở liệu hướng đối tượng Các nghiên cứu chủ yếu tập trung