Phát triển ứng dụng GIS trên thiết bị di động

Mao ngoy Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội Luận văn thạc sĩ khoa học ngành công nghệ thông tin Ngành : công nghệ thông tin Phát triển ứng dụng gis thiết bị di động Mao ngoy 2004-2006 Hà Nội 2006 Hà nội - 2006 Mục lục Lời mở đầu. Ch−¬ng I : Tỉng quan vỊ GIS……………………….……………… ….3 I.1 Giíi thiệu. I.1.1 Sự đời công nghệ GIS. I.1.2 Định nghĩa GIS. I.2 Các thành phần GIS. I.2.1 Thiết bị phần cứng. .5 I.2.2 Phần mềm ..6 I.2.3 Cơ sở liệu địa lý. I.3 Mô hình cấu trúc liệu không gian. ..7 I.3.1 Mô hình liệu ……………….7 I.3.1.1 Kh¸i niƯm…………………………….… …………………….7 I.3.1.2 Cấu trúc sở liệu I.3.2 Quản lý liệu I.3.2.1 Khái niệm I.3.2.2 Tổ chức sở liệu .9 I.3.2.3 Mô hình liệu không gian 10 a Mô hình lớp chồng xếp 11 b Mô hình liệu Raster 12 c Mô hình d÷ liƯu Vector 16 d Dữ liệu phi không gian 20 e Nguồn liệu đồ Vector………… …… …….……20 f Mèi quan hƯ d÷ liƯu phi không gian liệu Vector 21 g So sánh liệu Raster Vector. 22 Chơng II : Thiết bị di động 24 II.1 Giới thiệu 24 II.1.1 Thiết bị di động gì? .24 II.1.2 Phân loại thiết bị di ®éng………………………………… …25 II.1.3 Windows CE……………………………………………… .28 II.1.4 Windows Mobile…………………………………………… 29 II.1.5 L trữ file nhớ chơng trình 30 II.2 Lựa chọn thiết bị di động 31 II.2.1 Hệ điều hành 32 II.2.2 Chí phí 33 II.2.3 Kích thớc 33 II.2.4 Kích thớc hình 34 II.2.5 Dung lợng Memory Storage 34 II.2.6 TÝch hỵp GPS………………………………………………… 34 II.2.7 TÝch hỵp Camera…………………………………………… 35 II.2.8 Kết nối không dây 35 II.2.9 Khả mở rộng phụ kiện 36 II.3 Việc truyền liệu vào thiết bị Windows Mobile 36 Chơng III : Phát triển ứng dụng GIS thiết bị di động 37 III.1 Các công cụ phát triển 37 III.1.1 ArcPad………………………………………………….… .37 III.1.1.1 Giíi thiƯu…………………………………………… …37 III.1.1.2 Nhiều ứng dụng tiềm 39 III.1.1.3 Đặc tính 39 III.1.1.4 Định dạng liệu chuẩn 40 III.1.1.5 Hiển thị truy vấn 42 III.1.1.6 Chỉnh sửa thu thập liệu 43 III.1.1.7 Trình tạo Form (Form creation wizard) .44 III.1.1.8 Hỗ trợ GPS44 III.1.1.9 Các công cụ ArcPad ArcGIS Desktop 46 III.1.1.10 §ßi hái hƯ thèng…………………………………… 47 III.1.2 ArcPad Application Builder (ArcPad Studio)……………… 48 III.1.2.1 Giíi thiƯu…………………………………………… 48 III.1.2.2 Applet gì? .49 III.1.2.3 Cấu hình mặc định gì? 50 III.1.2.4 Định nghĩa lớp gì? 51 III.1.2.5 Sự mở rộng (Extension) gì? 52 III.1.2.6 Mô hình đối tợng ArcPad .53 III.1.3 Các ngôn ngữ lập trình đợc hỗ trợ 58 III.2 Giới thiệu toán 58 III.2.1 Chức nhiệm vụ toán 58 ƒ ThuËt to¸n Bellman Ford…………………….… ….59 ƒ ThuËt to¸n Dijkstra………………………….…… …60 ƒ ThuËt to¸n Dijkstra’s Two-Tree…………….……… 61 ƒ ThuËt to¸n Partitioning. 62 III.2.2 Sơ đồ chức bản. …63 III.2.3 Tỉ chøc d÷ liƯu hƯ thèng…………………….…… 65 III.2.4 Tổ chức chơng trình. .79 III.2.5 Hớng dẫn sử dơng ……………………………….…… .79 KÕt ln :…… ……………………………………………………… 90 Tµi liệu tham khảo. .92 Lời mở đầu Hiện công nghệ thông tin phát triển mạnh mẽ, nhiều công nghệ tiên tiến trớc có nớc phát triển đà có mặt nớc phát triển nh Việt Nam Cămpuchia Trong kể đến công nghệ với việc sử dụng thiết bị di động công nghệ thành công đợc áp dụng vào nhiều lĩnh vực Trong vòng 20 năm trở lại đây, công nghệ hỗ trợ thu thập, tổ chức khai thác thông tin địa lý có bớc phát triển đáng kinh ngạc Sự cạnh tranh liệt với đòi hỏi ngày tăng từ phía ngời sử dụng đà thúc đẩy việc đời nhiều giải pháp công nghệ có chất lợng cao thị trờng ngày rộng lớn hệ thống thông tin địa lý (GIS) Không nằm xu hớng đó, công nghệ phát triển ứng dụng GIS thiết bị di động hứa hẹn đem lại nhiều thành công lợi ích cho Tuy nhiên Cămpuchia nớc nghèo, ngành công nghệ thông tin nói chung hệ thống thông tin đia lý nói riêng lĩnh vực mẻ so với nớc khu vực quốc tế Với nguồn nhân lực yếu thiếu, sở hạ tầng cha đầy đủ, Cămpuchia gặp nhiều khó khăn để khai thác, phát triển triển khai hệ thống thông tin địa lý Do vậy, nghiên cứu có ý nghĩa to lớn cho đất nớc Cămpuchia Với mong muốn bớc đầu tìm hiểu công nghệ GIS khảo sát phơng pháp kết nối thiết bị di động với GIS, phục vụ cho việc đa đồ Phnom Penh lên thiết bị di động, để khai thác hiển thị số thông tin Phnom Penh Và từ đặt vấn đề nghiên cứu Phát triển ứng dụng GIS thiết bị di động Ngoài phần mở đầu giới thiệu mục tiêu ý nghĩa luận văn, phần cuối tóm tắt kết đà đạt đợc, cấu trúc luận văn chia thành ba chơng sau đây: Chơng I : Tổng quan GIS Chơng II : Thiết bị di động Chơng III : Phát triển ứng dụng GIS thiết bị di động Chơng I Tỉng quan vỊ GIS I.1 Giíi thiƯu I.1.1 Sù đời công nghệ GIS Trong năm qua với phát triển công nghệ thông tin nhu cầu số hóa xử lý thông tin đồ ngày nhiều Đặc biệt đồ chuyên đề đà cung cấp thông tin hữu ích để khai thác quản lý tài nguyên Nhng biểu thị thông tin đồ cách định lợng bị hạn chế số lợng số liệu lớn Bên cạnh thiếu công cụ quan trọng để mô tả biến thiên không gian mang tính chất định lợng Những năm gần với phát triển máy tính việc phân tích không gian xây dựng hệ thống đồ chuyên đề phục vụ đời sống dà thực phát triển Hệ thống thông tin địa lý (GIS : Geographic Information Systems) đời vào năm đầu cđa thËp kû 70 cđa thÕ kû 20 vµ ngµy phát triển mạnh mẽ tảng tiến công nghệ máy tính, đồ họa máy tính, phân tích liệu không gian quản trị liệu Hệ GIS đợc da vào ứng dụng công tác quản lý tài nguyên Canada với tên gọi Canada Geographic Information System bao gồm thông tin nông nghiệp, lâm nghiệp, sử dụng đất động vật hoàng dà Từ năm 80 kỷ 20 trở lại đây, công nghệ GIS đà có phát triển nhảy vót trở thành công cụ hữu hiệu công tác quản lý trợ giúp định I.1.2 Định nghĩa GIS GIS công nghƯ míi cã øng dơng nhiỊu lÜnh vùc ho¹t ®éng cđa ng−êi §iỊu ®ã dÉn ®Õn hiƯn có nhiều định nghĩa, quan điểm, quan niệm, kh¸i niƯm, c¸ch hiĨu kh¸c vỊ GIS; nh−ng chóng có điểm giống nhau: bao hàm khái quát không gian, phân biệt hệ thông tin quản lý (Management Information System - MIS) GIS Về khía cạnh đồ học GIS kết hợp đồ trợ giúp máy tính công nghệ sở liệu Có hai loại định nghĩa GIS : định nghĩa đơn giản hay khái quát, định nghĩa chi tiết hay phức tạp : ẽ Định nghĩa đơn giản : GIS công cụ trợ giúp định không gian GIS công cụ có mục đích tổng quát GIS công nghệ công nghệ ẽ Định nghĩa phức tạp : Định nghĩa dự án The Geographers Craft, khoa Địa lý, trờng Đại học Texas : GIS CSDL số chuyên dụng hệ trục toạ độ không gian phơng tiện tham chiếu GIS bao gồm công cụ để thực công việc sau : Nhập liệu từ đồ giấy, ảnh vệ tinh, ảnh máy bay, số liệu điều tra nguồn khác Lu liệu, khai thác, truy vấn CSDL Biến đổi liệu, phân tích, mô hình hóa, bao gồm liệu thống kê liệu không gian Lập báo cáo, bao gồm đồ chuyên đề, bảng biểu, biểu đồ kế hoạch Định nghĩa Viện nghiên cứu Hệ thống Môi trờng ESRI, Mỹ: GIS công cụ sở máy tính để lập đồ phân tích tồn kiện xảy Trái Đất Công nghệ GIS tích hợp thao tác sở liệu (CSDL) nh truy vấn phân tích thống kê với lợi quan sát phân tích thống kê đồ Các khả phân biệt GIS với hệ thống thông tin khác Định nghĩa David Cowen, NCGIA, Mỹ: GIS hệ thống phần cứng, phần mềm thủ tục đợc thiết kế để thu thập, quản lý, xử lý, mô hình hóa hiển thị liệu quy chiếu không gian để giải vấn đề quản lý lập kế hoạch phức tạp I.2 Các thành phần GIS Sự liên kết chặt chẽ giới thực, ngời thành phần GIS, mối quan hệ đáp ứng qua lại lẫn nh sau : GIS Phần mềm công cụ + CSDL Ngời sử dụng Trừu tợng hay đơn gian hoá Thế giới thực Kết Hình 1.3 : Quan hệ giới thực-con ngời-các thành phần GIS GIS bao gồm nhóm thành phần với chức rõ ràng Đó thiết bị, phần mềm sở liệu I.2.1 Thiết bị (phần cứng) Thiết bị tối thiểu phải bao gồm : máy tính, bàn số hóa, tủ băng từ, thiết bị đầu (máy in, máy vẽ), trạm làm việc đối thoại (hiển thị) Thiết bị số hóa : Sử dụng để chuyển đổi hình ảnh đồ sang dạng số hóa, nh bàn số hóa (Digitizer) máy quét ảnh (Scanner), nhiên máy quét ảnh không tạo sở liệu đồ mà tạo liệu Raster đợc vector hóa theo mục đích yêu cầu hệ thống thông tin địa lý Đầu đọc, đĩa mềm, CD-ROM : liệu thông tin địa lý khối lợng lớn bao gồm liệu không gian phi không gian nên việc lu trữ, cập nhật.vào quan trọng Trạm xử lý : Xử lý, kiểm soát thông tin vào ra, chuẩn hóa sở liệu, cập nhật sở liƯu cho m¸y chđ M¸y chđ : KiĨm so¸t sù truy cËp cđa ng−êi sư dơng, qu¶n lý file, qu¶n lý sở liệu, thao tác đồ họa toàn môi trờng tính toán Thiết bị in : Dùng để in ấn văn báo cáo loại đồ khác tùy nhu cầu ngời sử dụng Băng từ : Dùng để trao đổi liệu với hệ thống khác, thực chức chép liệu I.2.2 Phần mềm Các thành phần phần mềm nói chung gồm nhóm chức sau : - Nhóm chức nhập hiệu chỉnh liệu - Bảo quản liệu quản lý sở liệu - In trình bày liệu - Chuyển đổi liệu (bảo quản, sử dụng phân tích) - Đối thoại với ngời sử dụng I.2.3 Cơ sở liệu địa lý Cơ sở liệu địa lý bao gồm nhóm tách biệt : Nhóm thông tin không gian nhóm thông tin thuộc tính Nhóm thông tin không gian bao gồm thông tin vị trí Topo (cấu trúc quan hệ) Nhóm thông tin thuộc tính đợc định nghĩa nh tập hợp giá trị thuộc tính quan hệ chúng 75 Points Mảng kiểu Point có độ lớn NumPoints Các điểm đa giác vùng đợc lu trữ nối tiếp Các điểm đa giác điểm đa giác 1, Mảng Parts giữ số điểm đa giác Nh vậy, không cần đánh dấu ngăn cách hai đa giác ta tách đợc điểm đa giác để xử lý riêng v1 v5 v4 v8 v6 v2 v7 v3 Parts : Points: 5 v1 v2 v3 v4 v1 v5 v6 v7 v8 v5 Hình 3.9 Là một ví dụ hình đa giác cạnh có lỗ bên trong, có NumParts NumPionts 10 76 Bảng : Néi dung cđa b¶n ghi vïng Position Byte Field Value Type Number Byte Shape Type Integer Little Byte Box Box Double Little Byte 36 NumParts NumParts Integer Little Byte 40 NumPoints NumPoints Integer Little Byte 44 Parts Parts Integer NumParts Little Byte X Points Points Point NumPoints Little order Note : X=44 + * Numparts ƒ TÖp chØ sè (Index File): bao gồm 100 byte ghi thông tin vỊ header cđa tƯp chØ sè, tiÕp sau lµ ghi có độ dài cố định, ghi có độ dài byte (hình 3.10) File Header Record Record Record Record Record H×nh 3.10 : CÊu tróc cđa tƯp chØ sè CÊu tróc cđa header cđa tƯp chØ sè t−¬ng tù nh− header cđa tƯp chính, 77 khác giá trị trờng file length Giá trị tệp độ dài tệp số theo đơn vị từ (word) 16 bit §é lín cđa tƯp chØ sè sÏ b»ng 50 (word) header cộng với lần số lợng b¶n ghi B¶n ghi thø i cđa tƯp chØ sè lu trữ vị trí (offset) độ dài ghi thø i tƯp chÝnh VÞ trÝ cđa mét ghi tệp số lợng 16 bit word tính từ đầu tệp byte header ghi Nh vậy, vị trí ghi tệp 50, tức byte thứ 100 tính từ đầu tệp, sau phần header Bảng 10 : Mô tả ghi cđa tƯp chØ sè Byte Position Field Value Type Byte Offset Offset Integer Big Byte Content Length Content Length Integer Big order ƒ TƯp d÷ liƯu thc tính (dBASE file): tệp liệu thuộc tính chứa thuộc tính khoa thuộc tính để bảng khác đợc kết nối Tệp phải dạng DBF thờng đợc sử dụng ứng dụng Window DOS Tập trờng đặt bảng Tệp liệu thuộc tính thờng có cần thiết nh sau: - Tên tệp phải đặt giống nh tên tệp tệp số Phần mở rộng tệp phải .dbf - Bảng phải chứa ghi cho đối tợng - Thø tù b¶n ghi ph¶i gièng nh− thø tù cđa đối tợng tệp Đối với ứng dụng đồ Phnom Penh liệu đồ đợc thu thập thông qua việc quét đồ giấy sau dùng chơng trình MapInfo để vẽ sau xuất định dạng shapefile để đa vào chơng trình PopMap (của viện CNTT) để chuyển đổi tọa độ sang tọa độ thật (kính độ/vĩ 78 độ) sử dụng lại lần chơng trình MapInfo để gán thuộc tính cho đối tợng Và sau có đợc liệu đồ Phnom Penh đợc tổ chức thành lớp Sau lớp liệu hình học có phần mở rông .shp : - Road.shp : lớp đờng phố - Railway.shp : lớp đờng sắt - Lake.shp : lớp sông hồ - Point.shp : lớp địa điểm tiếng Hình 3.11 : Dữ liệu hình học lớp đờng (Road.shp) Sau xây dựng topo phải nhập thuộc tính từ bàn phím hay từ hệ thống khác Bản đồ Phnom Penh đợc tổ chức liệu thuộc tính file có tên giống nh tên file liệu topo nhng có phần mở rộng *.dbf Bảng thuộc tính đợc nhập dựa vào file mục không gian file có phần mở rộng *.shx Dựa vào bảng mục đợc liên kết với liệu hình học không gian liên kết với bảng thuộc tính để mô tả thông tin đối tợng 79 Hình 3.12 : Bảng liệu thuộc tính lớp đờng (Road.dbf) III.2.4 Tổ chức chơng trình Chơng trình khai thác đồ Phnom Penh đợc thực độc lập thiết bị di động chạy hệ điều hành Windows CE Windows Mobile sử dụng công cụ ArcPad 7.0 III.2.5 Hớng dẫn sử dụng Đầu tiên ta phải mở file đồ (đó tập hợp lớp shapefile có phần mở rộng apm) mở file shapefile Sau më chóng ta cã thĨ ¸p dơng c¸c chức nh sau : 80 - Full Extent Hình 3.13 : Chức Full Extent 81 - Zoom In Hình 3.14 : Chức Zoom In 82 - Zoom Out Hình 3.15 : Chức Zoom Out 83 - Zoom To Layer Hình 3.16 : Chức Zoom To Layer 84 - Pan Hình 3.17 : Chức Pan 85 - Identify Hình 3.18 : Chức Identify - Find Hình 3.19 : Nhập tiêu chí tìm kiếm chức Find 86 Hình : 3.20 : Kết tìm kiếm chức Find 87 - Layer Control Hình 3.21 : Chức Add Layer Layer Control 88 Hình 3.22 : Không hiển thị Lớp Road đồ hành 89 Hình 3.23 : Sau bá chän líp Road ... Chơng III Phát triển ứng dụng GIS thiết bị di động III.1 Các công cụ phát triển ứng dụng thiết bị di động Hiện thị trờng có nhiều công cụ phần mềm hỗ trợ phát triển ứng dụng GIS thiết bị di động điển... liệu thiết bị di động - Việc lựa chọn thiết bị di động để thích hợp với công việc - Việc truyền liệu vào thiết bị di động II.1.1 Thiết bị di động gì? Chúng ta có thê hiểu thiết bị di động thiết bị. .. Tổng quan GIS Chơng II : Thiết bị di động Chơng III : Phát triển ứng dụng GIS thiết bị di động Chơng I Tổng quan GIS I.1 Giới thiệu I.1.1 Sự đời công nghệ GIS Trong năm qua với phát triển công