Nghiên cứu xây dựng hệ thông tin địa lý quân sự trên mạng diện rộng

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Lê Văn Điệp NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ QUÂN SỰ TRÊN MẠNG DIỆN RỘNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - Năm 2013 BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Lê Văn Điệp NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ QUÂN SỰ TRÊN MẠNG DIỆN RỘNG Chuyên ngành: Công nghệ thông tin LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TẠ TUẤN ANH Hà Nội - Năm 2013 LỜI CAM ĐOAN Luận văn Thạc sĩ “Nghiên cứu xây dựng hệ thông tin địa lý quân mạng diện rộng”, chuyên ngành Cơng nghệ thơng tin cơng trình cá nhân Các nội dung nghiên cứu kết trình bày luận văn trung thực rõ ràng Các tài liệu tham khảo, nội dung trích dẫn ghi rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày 03 tháng 03 năm 2013 Tác giả luận văn Lê Văn Điệp LỜI CẢM ƠN Trong q trình thực luận văn tơi nhận hướng dẫn, giúp đỡ, động viên nhiều cá nhân tập thể Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy cô giáo trường Đại học Bách khoa Hà Nội, đặc biệt thầy cô giáo “Viện Công nghệ thông tin truyền thông” truyền đạt cho tơi nhiều kiến thức q trình học tập Tôi xin trân trọng cảm ơn “Viện Công nghệ thông tin – Viện KHCN-QS” tạo điều kiện giúp đỡ tơi mặt q trình học tập nghiên cứu Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy giáo hướng dẫn khoa học: Tiến sĩ Tạ Tuấn Anh – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tận tình hướng dẫn để tơi hồn thành luận văn Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 03 tháng 03 năm 2013 Tác giả luận văn Lê Văn Điệp MỤC LỤC trang Trang phụ bìa………………………………………………………………… Nhiệm vụ luận văn…………………………………………………………… Mục lục……………………………………… ……………………………… Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt……………………………………… Danh mục bảng…………………………………………………………… Danh mục hình vẽ, đồ thị………………………………………………… DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 10 MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu công nghệ WebGis 1.1.1 Giới thiệu chung 1.1.2 Kiến trúc hệ thông tin địa lý web 1.1.3 Các bước xử lý 1.1.4 Các hình thức triển khai 1.2 Giới thiệu chuẩn OGC 12 1.2.1 Tổng quan OGC 12 1.2.2 Lợi ích sử dụng chuẩn OGC 14 1.2.3 Đặc tả trừu tượng OGC 16 1.2.4 Các chuẩn OGC 18 Chương 21 WEB MAP SERVICE 21 2.1 Giới thiệu 21 2.2 Các thành phần sở 22 2.2.1 Đánh số thỏa thuận phiên 22 2.2.2 Những quy tắc chung HTTP request 23 2.2.3 Những quy tắc chung HTTP response 24 2.2.4 Những quy tắc tham số câu request 24 2.2.5 Các tham số thông dụng câu request 25 2.2.6 Kết dịch vụ 25 2.2.7 Ngoại lệ dịch vụ 25 2.3 Các phương thức WMS 25 2.3.1 Phương thức GetMap 25 2.3.2 Phương thức GetCapbilities 28 2.3.3 Phương thức GetFeatureInfo 29 Chương 32 WEB FEATURE SERVICE 32 3.1 Giới thiệu 32 3.2 Các thành phần sở 33 3.2.1 Mã hóa câu yêu cầu 33 3.2.2 Không gian tên 33 3.3 Các thành phần chung 33 3.3.1 Định danh Feature 33 3.3.2 Định danh toàn cầu 34 3.3.3 Trạng thái Feature 35 3.3.4 Tên thuộc tính 35 3.3.5 Tham chiếu đến thuộc tính 36 3.3.6 Thành phần 36 3.3.7 Filter 36 3.3.8 Thông báo Ngoại lệ 36 3.3.9 Các thuộc tính XML chung 37 3.4 Các phương thức WFS 37 3.4.1 Phương thức GetCapbilities 37 3.4.2 Phương thức DescribeFeatureType 38 3.4.3 Phương thức GetFeature 39 3.5 So sánh chuẩn WMS WFS 42 Chương 43 XÂY DỰNG CÔNG CỤ TÁC NGHIỆP BẢN ĐỒ ĐA NGƯỜI DÙNG TRÊN NỀN WEB 43 4.1 Thiết kế chương trình 43 4.1.1 Mô tả chung 43 4.1.2 Chức hệ thống 43 4.1.3 Mô hình ứng dụng 45 4.1.4 Mơ hình quan hệ thực thể 46 4.1.5 Thiết kế sở liệu 48 4.2 Lập trình triển khai 55 4.2.1 Lựa chọn giải pháp công nghệ thực 55 4.2.2 Mơ hình triển khai 56 4.3 Kết thử nghiệm 57 4.3.1 Cài đặt môi trường thử nghiệm 57 4.3.2 Một số giao diện tiêu biểu 57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT CSDL DBMS GIS Cơ sở liệu Database Management System Geographic Information System GIF IGIS KML LAN Layer OGC Graphic Interchange Format Internet (Intranet) Geographic Information System Keyhole Markup Language Local Area Network Lớp đồ Open Geospatial Consortium PNG JPEG Raster Portal Network Graphic Joint Photographics Expert Group Dữ liệu ảnh SLD SVG SQL UTM URL Vector WFS WMS Styled Layer Descriptor Scalable Vector Graphic Structured Query Language Universal Transverse Mercator Uniform Resource Locator Dữ liệu véc-tơ Web Feature Services Web Map Services DANH MỤC CÁC BẢNG trang Bảng 2.1.Các ký tự quy ước câu HTTP GET URL 23 Bảng 2.1 Các tham số GetMap request 27 Bảng 2.2 Các tham số GetCapabilities request URL 28 Bảng 2.3 Các tham số request GetFeatureInfo 30 Bảng 3.2 Bảng so sánh WMS WFS 42 Bảng 4.1 Bảng liệu danh mục đơn vị 49 Bảng 4.2 Bảng liệu người dùng 49 Bảng 4.3 Bảng nhật ký sử dụng 50 Bảng 4.4 Bảng tham số hệ thống 50 Bảng 4.5 Bảng liệu đồ mẫu 51 Bảng 4.6 Bảng liệu dự án đồ 51 Bảng 4.7 Bảng phân quyền liệu 52 Bảng 4.8 Bảng liệu thư mục chứa 52 Bảng 4.9 Bảng danh sách đồ tác chiến 53 Bảng 4.10 Bảng danh sách lớp tác nghiệp 53 Bảng 4.11 Bảng liệu spatial features 54 Bảng 4.12 Bảng liệu spatial đối tượng text 55 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ trang Hình 1.1 Mơ hình lớp kiến trúc WebGIS Hình 1.2 Các bước xử lý thơng tin WebGIS Hỉnh 1.3 Q trình xử lý thơng tin WebGIS Hình 1.4 Kiến trúc hướng phục vụ 10 Hình 1.5 Kiến trúc hướng người dùng 11 Hình 1.6 Mơ hình webGIS theo chuẩn OpenGIS 13 Hình 1.7 Mối quan hệ nhóm đặc tả OGC 18 Hình 1.8 Kiến trúc dịch vụ web OGC 20 Hình 2.1: Kết trả phương thức GetMap – WMS 26 Hình 4.1 Kiến trúc lớp cho phần mềm ứng dụng 46 Hình 4.2 Quan hệ thực thể liệu projects quyền 47 Hình 4.3 Quan hệ thực thể liệu đồ tác chiến 47 Hình 4.4 Quan hệ thực thể liệu người dùng 48 Hình 4.10 Mơ hình triển khai ứng dụng 56 Hình 4.11 Giao diện đăng nhập vào hệ thống 57 Hình 4.12 Giao diện 58 Hình 4.13 Giao diện tạo dự án tác nghiệp 59 Hình 4.14 Giao diện phân quyền liệu 59 Hình 4.15 Giao diện tác nghiệp đồ 60 Hình 4.16 Giao diện quản lý người dùng 60 Hình 4.17 Tác nghiệp đồng thời đồ 61 TT Tên Description Kiểu liệu Mô tả đường dẫn đồ khác nhau) Mô tả Char(250) Bảng 4.5 Bảng liệu đồ mẫu Các bảng liệu đồ tác chiến 4.1.5.3 * Bảng thông tin dự án đồ: Projects Lưu thông tin dự án tác nghiệp đồ tác chiến T Tên Kiểu liệu Mô tả T ID Int(Auto number) Khóa OfficeID Number(20) Đơn vị lập – ID bảng Offices ParentID Int(20) Mã mục cha (bảng Projects) Name Char(250) Tên project Code Char(50) Mật danh project DataType Int(2) Loại liệu (Project, Folder) UserCreate Int(20) DateCreate Date Mã người dùng lập project (bảng Users) Ngày tạo Description Char(1000) Mô tả Bảng 4.6 Bảng liệu dự án đồ * Bảng phân quyền liệu cho người dùng: ProjectUsers Danh sách người dùng có quyền với project T Tên Kiểu liệu Mô tả T ID Int(Auto number) 51 Khóa T Tên Kiểu liệu Mô tả T ProjectID Int(20) ID bảng Project UserID Int(20) ID từ bảng Users ObjectType Int(20) ObjectID Int(20) Loại đối tượng phân quyền (Project, Folder, Map) Mã đối tượng phân quyền Full Int(1) Toàn quyền Write Int(1) Quyền ghi Read Int(1) Quyền đọc Bảng 4.7 Bảng phân quyền liệu * Bảng thông tin thư mục chứa: Folders Lưu thông tin thư mục chứa project T Tên Kiểu liệu Mô tả T ID Int(Auto number) Khóa Name Char(250) Tên folder ProjectID Int(20) ID project (bảng Projects) ParentID Int(20) FolderOrder Int(20) ID folder chứa (bảng Folders), default TT folder Description Char(200) Mô tả Bảng 4.8 Bảng liệu thư mục chứa * Bảng thông tin đồ tác chiến: WorkMaps Lưu thông tin đồ tác nghiệp project T Tên Kiểu liệu Mơ tả T ID Int(Auto number) Khóa 52 T Tên Kiểu liệu Mơ tả T 10 Name Char(250) Tên đồ ProjectID Int(20) ID project(bảng Projects) FolderID Int(20) MapOrder Int(20) ID folder chứa (bảng Workmaps), default TT map mục Scale Int(10) Status Int(1) MWS Blob BkgrdMapDir Char(250) Description Char(250) Tỉ lệ đồ (x1000) (10,25,50,100,250,500,1000,5000) Trạng thái đồ (sử dụng cho tương lai) Thông tin đồ Đường dẫn đồ mẫu(trong trường hợp client có đường dẫn đồ khác nhau) Mô tả Bảng 4.9 Bảng danh sách đồ tác chiến * Bảng thông tin lớp đồ tác chiến: WorkLayers Lưu thông tin lớp tác nghiệp đồ T Tên Kiểu liệu Mô tả T ID Int(Auto number) Khóa Name Char(250) Tên lớp đồ MapID Int(20) ID đồ (bảng WorkMaps) LayerOrder Int(20) Thứ tự lớp Status Int(1) Description Char(250) Trạng thái lớp đồ (sử dụng cho tương lai) Mô tả Bảng 4.10 Bảng danh sách lớp tác nghiệp * Bảng liệu feature đồ tác chiến: MapFeature + ProjectID 53 Lưu liệu spatial đối tượng đồ, dự án đồ có bảng tên đặt theo tên MapFeature + ProjectID T Tên Kiểu liệu Mô tả T ID Int(Auto number) MapID Int(20) LayerID Int(20) ObjectID Int(20) OldObjectID Int(20) DrawType Int(2) PointList Char(300) MI_Style Char(254) Geoloc Khóa ID đồ ID đồ(bảng WorkMaps) ID lớp(bảng WorkLayers) Ký hiệu ID (được tăng tự động theo ký hiệu thêm vào bảng, giá trị lớn bảng Map Text + 1) Ký hiệu ID trước grouping SDO_GEOMETR Y Kiểu vẽ ký hiệu (Collection = 0, Point=2, Line=3, Polyline=4, Polygon=5, Rectangle=6, Ellipse=7, Text=8, KHQS_VoHuong=11, KHQS_CoHuong=12, SmoothedCurve = 21, SmoothedPolygon = 22, CallOut = 23, MTDon = 24, MTDon_Dut = 25 MTKep = 26, MTKep_Dut_Ho = 27, MTKep_Dut_Kin = 28, MTTuDo = 29) Danh sách điểm chuẩn tạo nên khung sườn đối tượng Kiểu đối tượng đồ (màu sắc, độ rộng line, kiểu tô…) Dữ liệu spatial đối tượng đồ Bảng 4.11 Bảng liệu spatial features * Bảng liệu đối tượng text đồ: TextFeature + ProjectID Lưu liệu spatial đối tượng văn đồ, dự án đồ có bảng tên đặt theo tên TextFeature + ProjectID 54 T Tên Kiểu liệu Mô tả T 10 11 ID Int(Auto number) Khóa MapID Int(20) ID đồ LayerID Int(20) ID lớp ObjectID Int(20) Ký hiệu ID(được tăng tự động theo ký hiệu thêm vào bảng, giá trị lớn bảng Map Text + 1) Caption Char(2000) Text Arc Double(20,10) Góc quay X1 Double(20,10) Y1 Double(20,10) X2 Double(20,10) Y2 Double(20,10) Style Char(250) Tọa độ X điểm bên trái ô text Tọa độ Ycủa điểm bên trái ô text Tọa độ X điểm bên phải ô text Tọa độ Ycủa điểm bên phải ô text Kiểu văn (màu, font chữ, cỡ chữ, kiểu nghiêng đậm gạch chân…) Bảng 4.12 Bảng liệu spatial đối tượng text 4.2 Lập trình triển khai 4.2.1 Lựa chọn giải pháp công nghệ thực Đây phần mềm tác nghiệp đồ, liên quan nhiều đến công nghệ GIS, xử lý đồ số sở liệu, cho phép triển khai mạng theo mơ hình client/server Vì giải pháp cơng nghệ giải pháp tổng thể bao gồm công nghệ GIS xử lý đồ số, quản trị CSDL Như phân tích điểm mạnh yếu công nghệ mã nguồn mở chương chương trình xây dựng tảng cơng nghệ sau: Công nghệ xử lý đồ: - Công nghệ GIS Server GeoServer, lưu trữ, truy cập, xử lý, cập nhật liệu thông tin địa lý Hệ quản trị CSDL: 55 - Sử dụng hệ quản trị sở liệu PostgreSQL/PostGIS; Công cụ phát triển: - Ngôn ngữ lập trình Asp.Net MVC - Mơi trường lập trình, xây dựng ứng dụng: Visual Studio 2008; - Thư viện lập trình client: Mapbuilder; - Triển khai phạm vi mạng: LAN, Internet 4.2.2 Mơ hình triển khai Màn chiếu Máy tác nghiệp song song Màn chiếu Máy tác nghiệp song song Internet Đường kết nối mạng Máy chủ GIS Máy chủ đồ Hình 4.5 Mơ hình triển khai ứng dụng 56 Màn chiếu Máy tác nghiệp song song 4.3 Kết thử nghiệm 4.3.1 Cài đặt môi trường thử nghiệm Môi trường thử nghiệm tạo lập sau: Môi trường máy chủ: - Hệ điều hành sử dụng: Windows Server 2008; - CSDL cài đặt: PostgreSQL; - Cài đặt tích hợp công nghệ PostGIS vào CSDL PostgreSQL; - Cài đặt Webserver: GeoServer Môi trường máy trạm: - Hệ điều hành: Windows 7, Windows XP; - Trình duyệt web: IE9,Firefox18, Chrom; - Một số liệu đồ theo định dạng ECW để thử nghiệm 4.3.2 Một số giao diện tiêu biểu Giao diện đăng nhập: Hình 4.1 Giao diện đăng nhập vào hệ thống 57 Giao diện chính: Hình 4.2 Giao diện 58 Giao diện tạo, mở dự án tác nghiệp phân quyền liệu: Hình 4.3 Giao diện tạo dự án tác nghiệp Hình 4.4 Giao diện phân quyền liệu 59 Giao diện viết vẽ thể ký hiệu quân sự: Hình 4.5 Giao diện tác nghiệp đồ Giao diện quản lý người dùng tác nghiệp: Hình 4.6 Giao diện quản lý người dùng Giao diện thể tác nghiệp đa người dùng: 60 User tác nghiệp KV Hoài Đức User tác nghiệp KV Thạch Thất User admin theo dõi đồ hợp Hình 4.7 Tác nghiệp đồng thời đồ Đánh giá kết thử nghiệm Đánh giá chương trình thử nghiệm sau: - Bộ công cụ hỗ trợ tác nghiệp đa người dùng xây dựng thử nghiệm môi trường web có đầy đủ chức cần thiết vừa hỗ trợ tác nghiệp đồ vừa giúp song song hóa quy trình tác nghiệp kỹ thuật tác nghiệp đồ tác chiến; 61 - Qua thử nghiệm với việc kết nối nhiều người dùng tác nghiệp dự án đồ tác nghiệp đồng thời đồ nhiều máy khác chứng minh ưu việc kết hợp tảng cơng nghệ tích hợp liệu khơng gian vào CSDL Postgre công nghệ xử lý đồ số; - Kết thử nghiệm cho thấy tính khả thi việc xây dựng hệ thống, giải pháp phần mềm hỗ trợ việc tác nghiệp đa người dùng thực tế chiến đấu đào tạo giảng dạy công tác tham mưu tác chiến, đặc biệt ứng dụng huấn luyện diễn tập sẵn sàng chiến đấu; - Kết thử nghiệm cho thấy tính đắn lý thuyết, sở cho việc phát triển ứng dụng loại tận dụng công nghệ mã nguồn mở 62 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Về bản, luận văn hoàn thành mục tiêu đề đề tài Những nội dung giải gồm: Trước hết luận văn trình bày tổng quan lĩnh vực GIS đồ số, nêu cách có hệ thống khái niệm hệ thống thông tin địa lý GIS, chức năng, mơ hình cơng nghệ, thành phần cấu thành hệ thống GIS, luận văn trình bày công nghệ mã nguồn mở sử dụng để xây dựng ứng dụng WebGIS, giới thiệu tổng quan chuẩn OGC Tiếp theo luận văn sau tìm hiểu hai chuẩn quan trọng sử dụng nhiều chuẩn OGC WMS WFS, nêu rõ thành phần, phương thức, ngoại lệ chuẩn Luận văn đưa so sánh hai chuẩn Trên sở phân tích quy trình tác nghiệp đồ thực tế, luận văn xây dựng mơ hình tác nghiệp đồ đa người dùng, sử dụng mơ hình ứng dụng đồ số dựa Trong phần thiết kế công cụ tác nghiệp đa người dùng, luận văn chọn tích hợp cơng nghệ mã nguồn mở GeoServer, MapBuilder, PostgreSQL; Luận văn đưa giải pháp xây dựng công cụ tác nghiệp đa người dùng Đưa mơ hình chức năng, mơ hình triển khai, phân tích thiết kế hệ thống Từ xây dựng ứng dụng thực tế để triển khai Về mặt đóng góp khoa học thực tiễn, luận văn xây dựng mơ hình ứng dụng tác nghiệp đồ đa người dùng sở tích hợp công nghệ mã nguồn mở để xây dựng ứng dụng, từ xây dựng chương trình để giải nhu cầu thực tế vấn đề cộng tác giảm bớt thời gian công tác tham mưu tác chiến đồ Hạn chế luận văn nghiên cứu thử nghiệm với tảng công nghệ xử lý đồ liệu đồ 2-D, chưa có điều kiện nghiên cứu thử nghiệm với đồ 3-D Kiến nghị 63 Hướng mở đề tài việc tự động hóa khâu tác nghiệp đồ, ví dụ tự động nhận dạng giọng nói người huy tự động thể phương án tác chiến, hỗ trợ đánh giá phương án tác chiến, tối ưu hóa phương án tác chiến, xây dựng tốn trao đổi thơng tin q trình tác nghiệp, nghiên cứu tích hợp xử lý liệu đồ 3-D… Vấn đề tác nghiệp đồ thể tâm phương án tác chiến vấn đề cốt lõi nghệ thuật quân đòi hỏi nhiều nghiên cứu chuyên sâu trí tuệ nhân tạo, hệ chuyên gia để ứng dụng Đây hướng nghiên cứu ứng dụng có triển vọng 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO Andrew M Liehold, Richard E Rossi and William P Kemp (2000), Geostatistics and Geographic Information System in Applied Insect ecology Autodesk (1997), State-of-the-art network-centric GIS application architecture for publishing and accessing geodata, A White Paper Series of Autodesk Inc Byong-Lyol L, Young-Chan K, Jin-I Y (1998), Web Map Server Interface Specification Open GIS Project Document Gebharlt, J.C and Henderson, L (1999) WebCGM-Industrial strenght vector graphics of the Web, CGM Open Consortium, Inc Helali (2001), Design and Implementation of a Web GIS for City of Tehran MSc thesis, Department Of Geomatics Engineering K.N Toosi University Of Technology, Tehran, Iran Jeff de La Beaujardière (2006), Web Map Server Implementation Specification Jeff de La Beaujardière (2006), Web Map Service Implementation Specification Website tổ chức OGC, URL http://www.opengeospatial.org Website nhà sản xuất geoserver, URL http:// http://geoserver.org 65 ... TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Lê Văn Điệp NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ QUÂN SỰ TRÊN MẠNG DIỆN RỘNG Chuyên ngành: Công nghệ thông tin LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA... CAM ĐOAN Luận văn Thạc sĩ ? ?Nghiên cứu xây dựng hệ thông tin địa lý quân mạng diện rộng? ??, chuyên ngành Cơng nghệ thơng tin cơng trình cá nhân tơi Các nội dung nghiên cứu kết trình bày luận văn... rõ yêu cầu hệ thông tin địa lý quân sự; - Hiểu nắm rõ công nghệ xây dựng đồ Web; chuẩn OGC; - Giải số vấn đề thuật toán, kỹ thuật bản; - Xây dựng ứng dụng hệ thông tin địa lý quân Web - Cấu trúc