Công nghệ WebGIS và ứng dụng quản lý sâu bệnh hại lúa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGƠ VIỆT ANH Ngơ Việt Anh CÔNG NGHỆ THÔNG TIN CÔNG NGHỆ WEBGIS VÀ ỨNG DỤNG QUẢN LÝ SÂU BỆNH HẠI LÚA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUN NGÀNH: CƠNG NGHỆ THƠNG TIN KHỐ 2008-2010 Hà Nội – Năm 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Nguyễn Anh Hùng PHÁT TRIỂN CÁC CƠNG CỤ HỖ TRỢ MƠ HÌNH GIS KHÁCH CHỦ SỬ DỤNG PHẦN MỀM NGUỒN MỞ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội – Năm 2010 M CL C L I CAM OAN DANH M C CÁC KÝ HI U, CÁC CH VI T T T DANH M C CÁC B NG DANH M C CÁC HÌNH V , TH Ch ng 1: T NG QUAN V WEBGIS 1.1 Khái ni m c b n v GIS 1.2 Các gi i pháp ng d ng GIS 1.2.1 Môi tr ng 1.2.2 Khí t ng thu v n .9 1.2.3 Nông nghi p .10 1.2.4 Y t 10 1.2.5 Chính quy n a ph ng 10 1.2.6 Bán l 10 1.2.7 Giao thông 11 1.3 T ng quan v WebGIS .11 1.3.1 Mơ hình x lý ki n trúc tri n khai WebGIS 12 1.3.2 Các chu n trao i cho WebGIS hi n 15 Ch ng 2: GEOSERVER – WEBGIS APPLICATION 19 2.1 L ch s phát tri n 19 2.2 Mơ hình x lý 21 2.3 L u tr thông tin b ng Shapefile 22 2.3.1 Gi i thi u ESRI Shapefile .22 2.3.2 T P SHP 22 2.3.3 T p DBF 25 2.3.4 T p SHX 25 2.3.5 T p PRJ 26 2.4 K t n i d li u b n s d ng WMS .26 2.4.1 Gi i thi u WMS 26 2.4.2 Các tham s thông d ng câu Request 27 2.4.3 T p mô t cách hi n th b n SLD 31 2.5 K t n i d li u b ng WFS 38 2.5.1 Gi i thi u WFS 38 2.5.2 Các tham s thông d ng câu request 40 2.5.3 B l c (Filter) 41 2.5.4 Các phép tốn khơng gian (Spatial Operators) 43 2.5.5 Các phép toán so sánh 46 2.5.6 Các phép toán Logic 50 2.5.7 nh danh c a Feature (Feature Identifier) 51 Ch ng 3: H TH NG QU N LÝ TÌNH HÌNH SÂU B NH H I LÚA .53 3.1 Kh o sát hi n tr ng 53 3.2 D li u toán 53 3.2.1 D li u b n : 53 3.2.2 D li u thu c tính .54 3.3 Phân tích xác nh yêu c u 54 3.4 Xác nh Actor Use case 56 3.4.1 Các Actor c a h th ng 56 3.4.2 Use case .56 3.4.3 Mô hình Use-case .57 3.4.4 c t Use case 58 3.5 Thi t k ki n trúc h th ng 62 3.6 Chi ti t ng d ng 64 Ch ng 4: CÀI T VÀ TH NGHI M .71 4.1 Cài t c u hình GeoServer 71 4.2 Cài t c s d li u 71 4.3 Th nghi m 74 K T LU N VÀ KI N NGH .76 TÀI LI U THAM KH O .77 L I CAM OAN V i t cách h c viên cao h c c a Vi n t o sau i h c c a Tr ng i h c Bách khoa Hà N i, xin cam oan tồn b n i dung c a lu n v n khoa h c công s c nghiên c u c a tơi xin ch u hồn tồn trách nhi m v n i dung c a quy n lu n v n DANH M C CÁC KÝ HI U, CÁC CH GIS ESRI DBMS CSDL OCSI H th ng thông tin VI T T T a lý (Geographic Information System) Vi n nghiên c u h môi tr ng (Environmental Systems Research Institute) H qu n tr c s d li u (Database Management System) s d li u Internet khách/ch h ng i t ng (Object-oriented client/server Internet) DCS H th ng tính tốn phân tán (Distributed Computing System) SQL Ngơn ng truy v n có c u trúc (Structured Query Language) OSF N n t ng ph n m m m (Open Software Foundation) DCE Môi tr EPSG Nhóm kh o sát d u khí châu Âu (European Petroleum Survey Group) ng tính tốn phân tán (Distributed Computing Environment) GEODAS H th ng d li u Ngôn ng WKT a v t lý (Geophysical Data System) ánh d u v n b n vector b n i di n cho i t ng hình h c , h th ng tham chi u không gian c a không gian bi n it ng i gi a h th ng tham chi u không gian (Well-known Text) DANH M C CÁC B NG ng ng ng ng ng ng ch c c a t p SHP 23 Các tr ng File Header 23 Các tr ng Record Header 24 Point Record 25 p SHX 26 t qu th nghi m ch ng trình 75 DANH M C CÁC HÌNH V , Hình 1: Hình 2: Hình 3: Hình 4: Hình 5: Hình 6: Hình 7: Hình 8: Hình 9: Hình 10: Hình 11: Hình 12: Hình 13: Hình 14: Hình 15: Hình 16: Hình 17: Hình 18: Hình 19: Hình 20: Hình 21: Hình 22: Hình 23: Hình 24: Hình 25: Hình 26: Hình 27: Hình 28: TH Ki n trúc WebGIS 13 Các d ng yêu c u t phía Client 15 li u GIS ki n trúc WebGIS n th 16 Chia s d li u GIS gi a nhóm ng d ng 16 Ki n trúc d ch v web c a OGC 17 li u tr v c a services 18 Ki n trúc c a GeoServer 20 Mơ hình x lý ch c n ng GetFeature Geoserver 21 Các ch c n ng c a WMS 27 Các tham s chu i URL th c hi n ch c n ng GetMap 28 Hình ch nh t bao 30 t qu m t truy v n WMS 31 Ki n trúc c a Style 32 Minh h a th 33 Minh h a th 34 Minh h a th 35 Minh h a th 36 Minh h a th 38 c giao th c 39 t qu m t truy v n WFS 41 n hi n tr ng 55 Mơ hình USE CASE 57 Mơ hình h th ng 62 Màn hình 65 th ng trình n 66 t qu tìm ki m 67 Thông tin d li u sâu b nh 69 t qu d báo 70 Ch ng 1: T NG QUAN V WEBGIS 1.1 Khái ni m c b n v GIS Thông tin Các b n tr a lý c th hi n ch y u d c tiên ch y u g m nh ng c phác th o m a lý B n v n ti p t c i m t th i gian dài tr gian xây d ng, o c ó B n a hình … B n c s d ng nh m t công c khai thác ti m c in gi y c máy tính ã in gi y b c l nh ng h n ch nh th i c, t o l p lâu t n L gi y không th c p nh t theo th i gian th c Ýt i t xa x a d ng thích h p cho quân ng thông tin mang b n gi y h n ch n u mang h t thông tin lên b n b n ã mơ t v trí, c nh quan, ng Tuy nhiên b n i cu c thám hi m h n ng c a i d ng b n s khó c Bên c nh ó c ng mơ hình hóa khơng gian l u tr vào máy tình, t o nên b n tình ó b n máy n gi n có th mã hóa, l u tr máy tính, s a ch a c n thi t, có th hi n th hình in gi y.Tuy nhiên nhà nghiên c u nh n th y nhi u v n b n a lý c n ph i thu th p m t l Lúc khái ni m H th ng thông tin ng b n ng l n thông tin không ph i a lý (GIS) i thay th cho thu t máy tính GIS t vi t t t c a: + G: Geographic: d li u không gian th hi n v trí, hình dáng ( i m, n, vùng) + I: Information: thu c tính, khơng th hi n v trí (nh mơ t b ng s , v n b n, tên …) + S: System: s liên k t bên gi a thành ph n khác (ph n c ng, ph n m m) H th ng thông tin a lý (Geographical Information System) m t h th ng ph n m m máy tính c s d ng vi c v b n hi n t t Công ngh GIS t ng h p ch c n ng chung v ng t n t i trái , phân tích v t th , qu n lý d li u nh h i áp (Query) phân tích th ng kê (statistical analysis) v i s th hi n tr c quan (Visualization) phân tích v t th hi n t (geographic analysis) b n thông th ng không gian S khác bi t gi a GIS h th ng thơng tin ng tính ng d ng c a r t r ng vi c gi i thích hi n t báo qui ho ch chi n l GIS c c hình thành t ngành khoa h c: Toán h c Ch ng, d a lý, B n , Tin h c n nh ng n m 80 GIS m i có th phát huy h t kh n ng c a s phát tri n m nh m c a công ngh ph n c ng.B t GIS ã tr nên ph bi n l nh v c th ta có th g p nhi u cách u t th p niên 80, ng m i, khoa h c qu n lý, chúng nh ngh a v GIS: - Là m t t p h p c a ph n c ng, ph n m m máy tính v i thơng tin a lý (mô t không gian) T p h p c thi t k có th thu th p, l u tr , c p nh t, thao tác, phân tích, th hi n t t c hình th c thơng tin mang tính khơng gian - GIS m t h th ng máy tính có kh n ng l u tr s d ng d li u mơ t v trí ( i) b m t trái - M t h th ng t c g i GIS n u có công c h tr cho vi c thao tác v i d li u không gian – C s d li u GIS s t ng h p có c u trúc d li u s hóa khơng gian phi không gian v it ng b n ng khơng gian tính ch t c a m t vùng it , m i liên h gi a i ng 1.2 Các gi i pháp ng d ng GIS Khi làm vi c v i h th ng GIS có th ti p c n d • s d li u i cách nhìn nh n nh sau: a lý (Geodatabase - theo cách g i c a ESRI): GIS m t s d li u không gian chuy n t i thơng tin a lý theo quan c a mơ hình d li u GIS (y u t , topology, m ng l • Hình t i, raster, ) ng hố (Geovisualization): GIS t p b n hi n y u t quan h gi a y u t m t tin a lý có th t o nhi u lo i b n vào c s d li u mg c thông minh th t D a thông s d ng chúng nh m t c a s h tr tra c u, phân tích biên t p thơng tin Do yêu c u h th ng cho phép ng i dùng t lý thông qua m t web browser nên h th ng ng tác hi u ch nh thông tin a c thi t k d a mơ hình Three- Tiers: Ø Geo server: (Data Access layer) Các d li u a lý u Geo server qu n lý, s óng vài trò trung gian nh n yêu c u truy xu t c p nh t thông tin t phía Web GIS Server (các yêu c u ph i d ch v WFS mà Geo server cung c p), sau ó Geo server s x lý, thao tác tr c ti p n d li u tr k t qu v cho Web server d Trong th c t Web GIS server hay ng d li u c l u tr i dùng i d ng GML phía client khơng bi t rõ v Geo server nh th th c s c ng khơng c n bi t b i Geo server có trách nhi m qu n lý d li u a lý t nhi u ngu n khác (PostGIS, MySQL, Shapefile…) nh ng cung c p d li u cho Web GIS server ph i chuy n t t c d li u ó sang m t nh d ng nh t, ó GML M t khác, b i Geo server ch t p trung vào nhi m v qu n lý d li u x lý yêu c u t Web server nên hi u su t ho t r t h u ích b i ng c a s r t cao, i v i ng d ng GIS kh i l a lý u ng d li u l u tr nhu c u x lý r t l n Ø Web GIS server: (Business layer) Web GIS server ây có m t vai trị r t quan tr ng, s b c trung chuy n giao ti p v i c Geo server client Web GIS server s nh n yêu c u truy xu t c p nh t d li u a lý t phía client, x lý chúng, chuy n yêu c u ó thành l i g i d ch v WFS n Geo server Sau ó s nh n k t qu x lý t Geo server (d ng GML), parse k t qu r i chuy n l i cho client d i d ng n gi n nh t có th (s d ng XML) T i ây l i c n Web GIS server làm trung gian giao ti p gi a Geo server client? Trong th c t , v n có th xây d ng m t h th ng áp ng yêu c u t ch g m Geo server client mà Nh ng i u d n ch : 63 n nhi u h n • u tiên s v n b o m t tồn v n thơng tin khơng th ki m sốt • Nhi u kh n ng s d n c ng i dùng bên phía client n s t i cho client yêu c u c a ng d ng òi h i client ph i x lý m t kh i l Chính nh ng lý ó, Web GIS server lý ng Geo server ng r t l n công vi c c t ây r t c n thi t qu n i dùng, gi m b t m t ph n gánh n ng x lý cho client Có m t v n c n ph i l u ý xây d ng Web GIS server tình tr ng “th t c chai” b i Web server v a ph i giao ti p v i nhi u client v a ph i x lý thông tin ph n h i t Geo server, ngồi cịn ph i th c hi n nghi p v khác Tuy nhiên, ây không ph i v n nghiêm tr ng h th ng Intranet kh i l c tri n khai môi tr ng ng client truy c p m t lúc không l n l m Ø Client (Presentation + Business layer) Client có trách nhi m giao ti p v i Web GIS server l y thông tin hi n th hình nh b n , cho phép ng i dùng t s ki n phát sinh t phía ng ng tác hi u ch nh d li u i dùng ghi nh n l i m i s thay g i v Web GIS server 3.6 Chi ti t ng d ng M t s giao di n c a ch a lý Nó s x lý ng trình: • Màn hình 64 i d li u Hình 24: Màn hình • H th ng trình n (Menu) 65 Hình 25: H th ng trình • Màn hình tìm ki m 66 n Hình 26: K t qu tìm ki m • Màn h nh hi n th thơng tin c p nh t d li u 67 • 68 Hình 27: Thơng tin d li u sâu b nh • K t qu d báo 69 Hình 28: 70 t qu d báo Ch 4.1 Cài ng 4: CÀI T VÀ TH NGHI M t c u hình GeoServer Chép gói cài t GeoServer dành cho h u hành Windows t i trang ch http://docs.codehaus.org/display/GEOS/Home Gi i nén gói cài t theo h a c ng, sau ó th c hi n b c ng d n Chú ý l a ch n phiên b n Java JDK Sau cài tr t vào th m c ng d n 4.2 Cài Sau cài t xong t o m t bi n môi tr ng GEOSERVER_DATA_DIR, giá n th m c ch a d li u data_dir t c s d li u t xong GeoServer, c u hình c s d li u b n ánh a ch URL sau: http://localhost:8080/geoserver.Click nút 'Config' N u b n ch a log in, thi log vào v i username and password m c geoserver) Click vao nút 'Data' Sau ó, click vào nút 'Stores' 71 nh (username: admin, password: Sau ó k t n i GeoServer v i c s d li u Ch n “New” Ch n 'DataStore Description' nh 'Shapefile' Copy y ng d n shapefile vào th m c data c a GeoServer, s n m : /server/geoserver/data/ 72 Click vào nút 'Submit' Bây gi , c n ng kí t t c thay i u ó, click vào nút 'Apply', sau ó 'Save' n u b n mu n s d ng t i làm ng lai Sau k t n i GeoServer v i c s d li u, b n c n thi t l p thông s ban u cho c s d li u.Tr l i trang Config -> Data -> FeatureType Click vào nút 'New' T danh sách th xu ng, ch n Feature Type Name, ch n datastore c a b n Sau ó click 'New' Ch n DataStore c a b n: test_datastore:::tutorial 73 M t hình m i s xu t hi n B n s ch n lo i t p SLD cho d li u ô Style, ch n h quy chi u t a ô SRS (b n i n vào ô giá tr 4326.) n vào nút 'submit' C a s s thay i l n n a tr l i hình FeatureType 4.3 Th nghi m K t qu th nghi m ch STT ng trình nh sau: Tính n ng th nghi m ánh giá Hi n th b n Hi n th t t h u h t it ng b n ng Các ch c n ng h tr Nhìn chung áp ng t t, nhanh B n i dùng xem nh phóng to khơng b v , hình nh di 74 chuy n b n , phóng to, s c nét thu nh … Hi n th thông tin thu c tính theo v khơng gian c a Hi n th thơng tin t t xác trí Th i gian truy v n thông tin n server i nhanh ng C p nh t thông tin c a it ng Th c hi n t t, nhiên ch a có ph n ki m tra ràng bu c d phía ng B n hi n tr ng li u nh p vào t i dùng Th c hi n t t, ng i dùng có nhìn tr c quan h n v thơng tin b n K t qu d báo Th c hi n t t ch c n ng d báo ng n h n giúp ng i dùng có th thông tin bi n pháp b nh B ng K t qu th nghi m ch 75 ng trình bi t thêm i phó v i sâu K T LU N VÀ KI N NGH Lu n v n ã hoàn thành c m c tiêu ü T ng quan v GIS, h ng phát tri n GIS hi n nay; ü Giao ti p v i Geoserver thông qua WMS nh truy xu t thông tin l y v hi n th lên browser ü Giao ti p v i Geoserver thông qua WFS thay ra, c th là: i thêm m i it ng truy xu t thông tin thu c tính, m ü Xây d ng thành cơng h th ng qu n lý sâu b nh h i lúa; ng phát tri n ti p theo c a ü C i thi n t c tài x lý c a h th ng ü C i thi n ch c n ng d báo tình tr ng lây nhi m 76 TÀI LI U THAM KH O Zeiler Michael Modeling Our World Redland, California: ESSRI press, 1999 254 pp Zhong-Ren Peng, Ming-Hsiang Tsou Internet GIS: Distributed Geographic Information Services for the Internet and Wireless Network –Wiley John Wiley and Sons, in – 2003 679 pp Trang thông tin i n t c a hi p h i GIS mã ngu n m http://www.osgeo.org/ GIS for Environmentally Substainable Developement Proceedings of the International Conference Novosibirsk, Russian, 1997 503 pp Regina, Leo Hsu (2010), PostGIS in Action, Manning Publications, Greenwich Tr n c S (1999), Tr c a ic ng, Tr ng i h c Giao thông v n t i, Hà N i Các trang web: • http://www.postgresql.org • http://postgis.refractions.net/ • http://www.esri.com/news/arcuser/0401/topo.html 77 ... có Các ch c n ng x lý thông tin a lý l y thông tin t t p d li u ã có, áp d ng ch c n ng phân tích ghi k t qu vào m t t p m i Xét d i góc ng d ng qu n lý nhà n m t công ngh x lý d li u có to tin... tin a lý có th t o nhi u lo i b n vào c s d li u mg c thông minh th t D a thông s d ng chúng nh m t c a s h tr tra c u, phân tích biên t p thơng tin • X lý (Geoprocessing): GIS công c x lý thông... 11 1.3 T ng quan v WebGIS .11 1.3.1 Mơ hình x lý ki n trúc tri n khai WebGIS 12 1.3.2 Các chu n trao i cho WebGIS hi n 15 Ch ng 2: GEOSERVER – WEBGIS APPLICATION 19