Phát triển hệ thống cảnh báo dịch bệnh trên cơ sở công nghệ GIS

Phát triển hệ thống cảnh báo dịch bệnh trên cơ sở công nghệ GIS

ĐỖ VĂN XUÂN

PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG CẢNH BÁO DỊCH BỆNH TRÊN CƠ SỞ CÔNG NGHỆ GIS

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Thái Nguyên - 2009

ĐỖ VĂN XUÂN

PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG CẢNH BÁO DỊCH BỆNH TRÊN CƠ SỞ CÔNG NGHỆ GIS

Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60 48 35 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Thái Nguyên - 2009

Xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Sở NN & PTNN Bắc Giang, Ban lãnh đạo, các anh chị các phòng ban của Chi cục thú y tỉnh Bắc giang đã hết sức nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong quá trình nghiên cứu, làm luận văn

Xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo, tập thể cán bộ giáo viên trường Cao đẳng nghề Bắc Giang, mọi người trong gia đình, bạn bè đã tạo điều kiện, giúp đỡ, khuyến khích và động viên tôi trong suốt quá trình học và làm luận văn

Vì lý do thời gian và vì lượng kiến thức thực tế còn hạn chế nên trong luận văn của em chắc chắn không tránh khỏi những khiếm khuyết, mong thầy cô giáo cùng các bạn đóng góp ý kiến để em có thể củng cố kiến thức và chương trình của mình được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Đỗ Văn Xuân

TÓM TẮT

GIS ra đời và được phát triển mạnh trong những năm gần đây Cùng với sự bùng nổ về công nghệ của Internet, GIS cũng đã phát triển công nghệ cho phép chia sẻ thông tin thông qua mạng toàn cầu bằng cách kết hợp GIS và Web hay còn gọi là WebGIS Bên cạnh đó, xu hướng chia sẻ dữ liệu , phát triển phần mềm trên công nghệ mã nguồn mở cũng đang được quan tâm

nghiên cứu ứng dụng WebGIS trên cơ sở mã nguồn mở sẽ mang lại khả năng chia sẻ thông tin địa lý rộng rãi cho các ngành

Nội dung chính của đề tài là tìm hiểu về hệ thống thông tin địa lý GIS và ứng dụng của chúng; nghiên cứu về WebGIS, khả năng xây dựng ứng dụng WebGIS trên cơ sở mã nguồn mở, trên cơ sở đó ứng dụng xây dựng

WebGIS phục vụ công tác “Giám sát tình hình và cảnh báo xu hướng lây lan

của dịch bệnh cúm gia cầm”

Kết quả của đề tài đã trình bày các nghiên cứu lý thuyết về WebGIS: phân loại, tìm hiểu các chiến lược phát triển WebGIS, tìm hiểu phần mềm xây dựng WebGIS trên cơ sở mã nguồn mở là MapServer và đã xây dựng ứng dụng WebGIS giám sát tình hình và cảnh báo xu hướng lây lan của dịch bệnh cúm gia cầm trên địa bàn Bắc Giang

1.3 CẤU TRÚC DỮ LỊÊU TRONG GIS 14

1.3.1 Dữ liệu không gian 14

1.3.2 Dữ liệu phi không gian: 20

1.4 Chức năng 22

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TÍCH HỢP WEB-GIS 24

2.1 Giới thiệu WEB: 24

2.2 Giới thiệu về WebGIS: 25

2.3 Chức năng của WebGIS: 27

2.4 Ứng dụng của WebGIS: 28

2.5 Giải pháp tích hợp và mô hình kết nối WebGIS: 28

2.5.1 Các giải pháp tích hợp WebGIS: 28

2.5.1.1 Nặng phía Server/ nhẹ phía Client: 31

2.5.1.2 Nhẹ phía Server/ nặng phía Client 32

2.5.2 Sơ đồ hoạt động của WebGIS 33

2.5.3 Phần mềm mã nguồn mở MAPSERVER 34

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG WEBGIS CẢNH BÁO DỊCH BỆNH CÚM GIA CẦM 37

3.1 PHÂN TÍCH 37

3.1.1 Hiện trạng nhu cầu thông tin: 37

3.1.2 Phân loại thông tin: 37

3.1.3 Phân tích hệ thống và định hướng công nghệ: 38

3.2 THIẾT KẾ: 39

3.2.1 Thiết kế kiến trúc: 39

3.2.2 Thiết kế cơ sở dữ liệu 40

3.2.2.1 Phân tích: 40

3.2.2.2 Thiết kế: 42

3.3 THIẾT KẾ QUY TRÌNH 47

3.3.1 Quy trình sao lưu và phục hồi dữ liệu 47

3.3.2 Quy trình quản lý (hiệu chỉnh, cập nhật) thông tin bản đồ 50

3.3.3 Quy trình cập nhật thông tin trạng thái hiện tại của bệnh dịch 55

3.3.4 Quy trình cập nhật thông tin quản lý và giám sát phòng chống bệnh 58

3.3.5 Quy trình dự báo khả năng lây lan của dịch 61

3.3.6 Quy trình hiển thị bản đồ dự báo khả năng lây lan dịch bệnh 64

3.3.7 Quy trình hiển thị bản đồ hiện trạng và tình hình bệnh dịch 66

3.3.8 Quy trình hiển thị bản đồ hiện trạng và tình hình bệnh dịch 68

3.3.9 Quy trình hiển thị bản đồ hiện trạng chăn nuôi 70

3.3.10 Quy trình tổng hợp, chiết xuất báo cáo 72

3.4 THIẾT KẾ MÔ HÌNH HOẠT DỘNG: 76

3.4.2.6 Màn hình nhập thông tin chi tiết tình trạng chăn nuôi 82

3.5 CÀI ĐẶT, THỬ NGHIỆM 84

KẾT LUẬN 85

1 Các kết quả đạt được: 85

2 Hướng phát triển của đề tài 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO: 86

MỘT SỐ THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIỆT TẮT GIS: Geographic Information System - Hệ thông tin địa lý

ESRI : Environmental System Research Institute

DBMS: Data Base Manager System – Hệ quản trị cơ sở dữ liệu

GUI: Graphical User Interface - Giao diện đồ hoạ người sử dụng

CSDL: Cơ sở dữ liệu

WWW: World Wide Web - mạng toàn cầu

HTML: HyperText Markup Language - Ngôn ngữ siêu văn bản

HTTP: HyperText Transfer Protocol - Giao thức truyền siêu văn bản

CGC: Cúm gia cầm

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Hệ thống tin địa lý (ESRI) 11

Hình 1.2: Các thành phần GIS 13

Hình I.4: Biểu diễn bản đồ véctơ [2] 16

Hình 1.5: Số liệu Véctơ được biểu thị dưới dạng điểm (Point) [4] 16

Hình 1.6: Số liệu Véctơ được biểu thị dưới dạng Arc 17

Hình 1.7: Số liệu Véctơ được biểu thị dưới dạng vùng (Polygon) [4] 18

Hình 1.8: Mô hình dữ liệu Raster 19

Hình 1.9: Tổ chức cơ sở dữ liệu không gian Raster 20

Hình 1.10: Quan hệ giữa các nhóm chức năng trong GIS 23

Hình 2.1: Kiến trúc Web 24

Hình 2.2: Kiến trúc Web một máy chủ 25

Hình 2.3: Cấu trúc của WWW thiết kế theo mô hình Client/Server 26

Hình 2.4: Mô hình Client/Server nhiều lớp của tất cả các dịch vụ DGI 27

Hình 2.5: Mô hình kết nối nặng phía Server/nhẹ phía Client 31

Hình 2.6 Mô hình kết nối nặng phía Client/ nhẹ phía Server 32

Hình 2.7: Sơ đồ hoạt động của WebGIS 33

Hình 2.8 Sơ đồ hoạt động của MapServer 35

Hình 3.1: Mô hình hệ thống 39

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Phân bổ công việc trên hệ thống khách/chủ (client/server) 29

Bảng 3.1: Lớp dữ liệu không gian 42

Bảng 3.7 Danh mục các loại gia cầm 45

Bảng 3.8 Tình trạng chăn nuôi gia cầm 45

Bảng 3.9 Tình trạng biến động đàn gia cầm 45

Bảng 3.10 Theo dõi dịch bệnh 46

Bảng 3.11 Theo dõi chi tiết diễn biến dịch bệnh 46

MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề:

Trận dịch cúm gia cầm xảy ra cuối năm 2003, đầu năm 2004 đã để lại tổn thất nặng nề cho nền kinh tế không chỉ nước ta mà còn các nước trong khu vực Dịch cúm gây ra thiệt hại trực tiếp cho người chăn nuôi, làm mất cân đối về cung và cầu thực phẩm trên thị trường, ảnh hưởng đến người tiêu dùng Không những thế, dịch cúm gia cầm còn gây ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ cộng đồng, đến môi trường sống và trong một số trường hợp dẫn đến thiệt hại nhân mạng

Từ đó đến nay, dịch cúm gia cầm đã tái xuất hiện nhiều lần, tiếp tục đe doạ sự ổn định của kinh tế-xã hội của nhiều nước trên thế giới và đang có nguy cơ trở thành đại dịch cúm của con người trong phạm vi toàn cầu

Hiện nay, khi xảy ra dịch cúm, các cấp quản lý ở địa phương cũng như ở trung ương rất thiếu thốn thông tin cần thiết và tức thời cho việc đánh giá tình hình hiện trạng, mức độ nguy hiểm đang tiềm ẩn để có biện pháp xử lý, phòng và chống kịp thời Ngoài việc chưa có được một hệ thống tổ chức điều tra, thu thập thông tin hoàn chỉnh, chúng ta còn thiếu cả phương tiện lưu trữ, xử lý thông tin

Kết quả điều tra từ các địa phương gửi lên các cơ quan quản lý cấp trên thông qua FAX, bưu kiện hoặc điện thoại đều được lưu trữ dưới dạng giấy phiếu xếp thành chồng, làm cho việc phân tích, tổng hợp thông tin khó khăn, chậm chạp, không đáp ứng được yêu cầu của công tác theo dõi, giám sát tình hình dịch cúm và ra quyết định phòng chống Nói cách khác, có thông tin, mất thời gian, sức người, sức của để thu thập thông tin, nhưng hiệu quả khai thác thông tin còn thấp Đây là hệ quả của việc thiếu một hệ thống thông tin hiện đại để lưu trữ các loại thông tin điều tra thu thập được, xử lý chúng một cách nhanh chóng, kịp thời và trong nhiều trường hợp có thể đưa ra những ý kiến tư vấn cho các nhà quản lý

Hệ thống thông tin địa lý GIS (Geographical Information System) đã được khá nhiều người quan tâm muốn tìm hiểu và ngày càng nhiều các tổ chức kinh tế xã hội ứng dụng trong công tác nghiên cứu khoa học và sản xuất Công nghệ GIS đã và đang thâm nhập như một nhu cầu tất yếu vào hầu hết các ngành cũng như các địa phương ở Việt Nam

Thông tin GIS cung cấp cho người sử dụng hướng thay đổi của dữ liệu trong một lãnh thổ theo thời gian, đồng thời xác định những gì có thể xảy ra khi có sự thay đổi dữ liệu đó

Nói cách khác GIS cung cấp cho người sử dụng những mô hình khác nhau của sự thay đổi Dữ liệu bản đồ là thành phần chính trong cơ sở dữ liệu của GIS Các bản đồ gắn chặt với thế giới thực và luôn được bổ sung những thông tin mới

Nền tảng của thông tin hình học trong GIS là bản đồ đã được số hoá ở dạng nào đó để có thể thực hiện từ những phép tính đơn giản như: đo đạt diện tích, chu vi, chiều dài, vị trí đến những phép tính phức tạp như: mở rộng diện tích, xác định giao của nhiều vùng diện tích là những bài toán khá phổ biến trong quản lý và nghiên cứu khoa học

Không như các CSDL thông thường, GIS rất trực quan, thuận tiện và cùng một lúc cung cấp cho người sử dụng nhiều thông tin một cách tổng hợp

Ví dụ một nhà đầu tư cần thông tin để lựa chọn điạ điểm xây dựng một khách sạn hay một cửa hàng tại một huyện nào đó, trên màn hình là bản đồ của huyện với mật độ dân cư từng khu vực được thể hiện bằng các màu khác nhau, nhà đầu tư chỉ việc chọn một khu vực có mật độ dân cư cao và bấm “con chuột” vào điểm đó, trên màn hình sẽ hiện lên các thông số về: số dân, thành phần dân, địa lý, địa chất, khí tượng thuỷ văn, của khu vực cần tìm

Các phần mềm GIS cố gắng áp dụng tối đa công nghệ GIS để có thể tạo ra hệ tự động lập bản đồ và phương tiện xử lý dữ liệu thông minh, như hệ chuyên gia,

Trước những diễn biến ngày càng phức tạp về tình hình dịch bệnh trên đàn vật nuôi trong tỉnh; việc phải có một công cụ quản lý các hoạt động trong lĩnh vực thú y trên địa bàn để có thể đáp ứng nhu cầu thông tin nhanh chóng, chính xác từ đó có những tham mưu kịp thời cho các cấp chính quyền địa phương là việc làm rất cần thiết Việc quản lý các đối tượng này sẽ rất trực quan và hiệu quả nếu được xây dựng trên nền công nghệ thông tin địa lý (GIS)

Nhận thấy những tiện ích của GIS, em lựa chọn và thực hiện đề tài “Phát triển hệ thống cảnh báo dịch bệnh trên cơ sở công nghệ GIS ” Nhằm khắc phục

những hạn chế và đáp ứng các yêu cầu trên

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

- Nghiên cứu các kỹ thuật liên quan đến phát triển hệ thống GIS (Geographical Information System) trên nền Web

- Phát triển ứng dụng GIS với khả năng cảnh báo dịch bệnh tại địa phương cấp tỉnh/thành phố

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Mô hình dữ liệu không gian: Dữ liệu véctơ và dữ liệu raster - Mô hình hệ thống GIS véctơ: Kiến trúc kết nối GIS và Web

- Khảo sát thu thập dữ liệu bản đồ, dữ liệu một loại dịch bệnh tại cấp tỉnh/thành phố

- Xây dựng thử nghiệm chương trình demo Hệ thống thông tin tích hợp GIS trên cơ sở mã nguồn mở, với khả năng cảnh báo dịch bệnh

Web-4 Phạm vi nghiên cứu - Về giới hạn địa lý:

Nghiên cứu và xây dựng hệ thống thông tin quản lý và hỗ trợ dự báo dịch bệnh dịch cúm gia cầm từ thôn, xóm lên xã, huyện và tỉnh dựa theo sơ đồ giám sát dịch bệnh hiện tại trong lĩnh vực nông nghiệp và y tế

- Về công nghệ:

Sử dụng công nghệ mã nguồn mở vì: + Tính an toàn cao

+ Tính ổn định và đáng tin cậy + Giảm phụ thuộc vào nhà cung cấp + Không hạn chế quyền sử dụng + Tiết kiệm chi phí trực tiếp

+ Tận dụng được các ý tưởng của cộng đồng

+ Tuân thủ các chuẩn công nghệ chung của thế giới

- Về phần mềm: Sử dụng phần mềm MapServer để xây dựng WebGIS:

+ Phần mềm cho phép tạo ra các bản đồ động và trình bày dữ liệu không gian trên web

+ Đây là phần mềm được viết trên công nghệ mã nguồn mở

5 Bố cục của luận văn: Mở đầu:

Giới thiệu khái quát về hệ thống thông tin địa lý và nhu cầu cấp bách của việc cảnh báo dịch bệnh dịch cúm gia cầm

Mục tiêu, nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Chương I: Khái quát về hệ thống thông tin địa lý GIS

Tổng quan các kiến thức cơ bản của Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System (GIS), dữ liệu, cơ sở dữ liệu, cơ sở dữ liệu không gian Tiếp cận đến số hóa bản đồ trên cơ sở dữ liệu nền Các mô hình cơ sở dữ liệu (mô hình vector, mô hình raster), cơ sở dữ liệu địa lý Các phép toán đại số quan hệ, các phép toán không gian Tổng quan các ứng dụng của GIS trong các ngành khoa học liên quan

Chương II: Nghiên cứu giải pháp tích hợp Web-GIS

Tìm hiểu về WEB-GIS, chức năng, ứng dụng và các giải pháp tích hợp và mô hình kết nối Web-GIS

Chương III: Phát triển ứng dụng GIS trên nền Web

Trình bày tóm tắt nội dung bài toán cảnh báo dịch bệnh cúm gia cầm, sự cần thiết phải xây dựng hệ thống cảnh báo dịch bệnh cúm gia cầm và dự báo xu hướng lây lan của dịch khi dịch bùng phát

Trình bày về hiện trạng hệ thống cảnh báo dịch bệnh cúm gia cầm ở Bắc Giang

Phân tích, thiết kế, xây dựng và cài đặt thử nghiệm hệ thống cảnh báo dịch bệnh cúm gia cầm

Kết quả đạt được và hướng phát triển của đề tài

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ GIS

Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System- gọi tắt là GIS) là một nhánh của Công nghệ thông tin, được hình thành vào những năm 60 của thế kỷ trước và phát triển rất rộng rãi trong 10 năm lại đây, GIS ngày nay là công cụ trợ giúp quyết định trong nhiều hoạt động kinh tế - xã hội, quốc phòng của nhiều quốc gia trên thế giới GIS có khả năng trợ giúp các cơ quan chính phủ, các nhà quản lý, các doanh nghiệp, các cá nhân đánh giá được hiện trạng của các quá trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua các chức năng thu thập, quản lý, truy

vấn, phân tích và tích hợp các thông tin được gắn với một nền hình học (bản đồ) nhất quán trên cơ sở toạ độ của các dữ liệu đầu vào

1.1 ĐỊNH NGHĨA GIS

Hệ thông tin địa lý (GIS – Geographical Information Systems), là một hệ thông tin có khả năng thu thập, cập nhật, quản trị và phân tích, biểu diễn dữ liệu địa lư phục vụ giải quyết các bài toán ứng dụng có liên quan tới vị trí địa lý trên bề mặt trái đất hoặc được định nghĩa như làm một hệ thông tin với khả năng truy nhập, tìm kiếm, xử lý, phân tích và truy xuất dữ liệu địa lý nhằm hỗ trợ cho công tác quản lý, quy hoạch và quản lý tài nguyên thiên nhiên, môi trường và ý tế

Hình 1.1: Hệ thống tin địa lý (ESRI) [1]

Người sử dụng

Phần mềm công cụ

Trừu tượng hóa hay đơn giản hóa

Kết quả

GIS

Trong đó con người mong mỏi lưu trữ, quản lý đầy đủ các dữ liệu về thế giới thực nhưng sẽ dẫn đến phải có cơ sở dữ liệu lớn vô hạn để lưu trữ mọi thông tin chính xác về chúng Do vậy, để lưu trữ được dữ liệu không gian của thế giới thực vào máy tính phải thực hiện như hình 1.1 Các đặc trưng địa lý phải được biểu diễn bởi các thành phần rời rạc hay đối tượng để lưu vào cơ sở máy tính Cở sở dữ liệu và các thông tin được trích lọc từ thế giới thực vì vậy bản đồ là nguồn dữ liệu chủ yếu cho hệ thống GIS

Tại Việt Nam công nghệ GIS cũng được thí điểm khá sớm, và đến nay đã được ứng dụng trong khá nhiều ngành như quy hoạch nông lâm nghiệp, quản lý rừng, lưu trữ tư liệu địa chất, đo đạc bản đồ, địa chính, quản lý đô thị Tuy nhiên các ứng dụng có hiệu quả nhất mới giới hạn ở các lĩnh vực lưu trữ, in ấn các tư liệu bản đồ bằng công nghệ GIS Các ứng dụng GIS thuộc lĩnh vực quản lý, điều hành, trợ giúp quyết định hầu như mới dừng ở mức thử nghiệm, còn cần thời gian và đầu tư mới có thể đưa vào ứng dụng chính thức

Một hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một công cụ dựa trên máy tính dùng cho việc thành lập bản đồ và phân tích các đối tượng tồn tại và các sự kiện xảy ra trên trái đất Công nghệ GIS tích hợp giữa các thao tác trên cơ sở dữ liệu như: đưa ra các câu hỏi truy vấn (query), phân tích thống kê (statistical analysis) với việc thể hiện và các phép phân tích địa lý

Những khả năng đó của hệ thống GIS đã phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và tạo cho nó một giá trị đến khu vực công cộng và cá nhân để giải thích các sự kiện, dự báo các hậu quả, và lên kế hoạch chiến lược

1.2 CÁC THÀNH PHẦN CỦA GIS [3]

Công nghệ GIS bao gồm 5 thành phần cơ bản là:  Phần cứng (hardware)

 Phần mềm (software)  Dữ liệu (Geographic data)  Con người (Expertise)

 Phương pháp (Policy and management)

Hình 1.2: Các thành phần GIS [3] 1.2.1 Phần cứng (Hardware)

Phần cứng bao gồm máy vi tính (computer), máy vẽ (plotters), máy in (printer), bàn số hoá (digitizer), thiết bị quét ảnh (scanners), các phương tiện lưu trữ số liệu (Floppy diskettes, optical cartridges, C.D ROM v.v ) GIS làm việc trên đó

- Công cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý

- Giao diện đồ hoạ người- máy (GUI) để truy cập các công cụ dễ dàng

1.2.3 Con người (People)

Công nghệ GIS sẽ bị hạn chế nếu không có con người tham gia quản lý hệ thống và phát triển những ứng dụng GIS trong thực tế Người sử dụng GIS có thể là những chuyên gia kỹ thuật, người thiết kế và duy trì hệ thống, hoặc những người dùng GIS để giải quyết các vấn đề trong công việc

- Công cụ nhập và thao tác trên các thông tin địa lý - Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS)

- Công cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý

- Giao diện đồ hoạ người- máy (GUI) để truy cập các công cụ dễ dàng

1.2.5 Phương pháp (Methods)

Ðây là hợp phần rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt động của hệ thống, là yếu tố quyết định sự thành công của việc phát triển công nghệ GIS Hệ thống GIS cần được điều hành bởi một bộ phận quản lý, bộ phận này phải được bổ nhiệm để tổ chức hoạt động hệ thống GIS một cách có hiệu quả để phục vụ người sử dụng thông tin

1.3 CẤU TRÚC DỮ LỊÊU TRONG GIS 1.3.1 Dữ liệu không gian

Dữ liệu không gian là dữ liệu về đối tượng mà vị trí của nó được xác định trên bề mặt Trái Đất Dữ liệu không gian sử dụng trong hệ thống địa lý luôn được xây dựng trên một hệ thống tọa độ

Mô hình dữ liệu địa lý là các qui tắc được sử dụng để biến đổi đặc trưng địa lý của thế giới thực thành các đối tượng rời rạc Mô hình dữ liệu được sử dụng để biểu diễn thực thể với mức độ phức tạp khác nhau Thực thể là nhận thức vì thế giới thực quá phức tạp, không thể chỉ ra mọi khía cạnh của chúng Việc lựa chọn mô hình dữ liệu phụ thuộc vào loại ứng dụng và kết quả mong đợi

Hệ thống thông tin địa lý dùng các dữ liệu không gian để tạo ra một bản đồ hay hình ảnh bản đồ trên màn hình hoặc trên giấy thông qua thiết bị ngoại vi Có 6 loại thông tin bản đồ dùng để thể hiện hình ảnh bản đồ và ghi chú của nó trong hệ thống thông tin địa lý như sau:

1.3.1.1 Mô hình dữ liệu Véctơ

Mô hình dữ liệu véctơ xem các sự vật, hiện tượng là tập các thực thể không gian cơ sở và tổ hợp của chúng Trong mô hình 2D thì các thực thể cơ sở bao gồm: điểm (point), đường (line), vùng (polygon) Các thực thể sở đẳng được hình thành trên cở sở các Véctơ hay toạ độ của các điểm trong một hệ trục toạ độ nào đó

Loại thực thể cơ sở được sử dụng phụ thuộc vào tỷ lệ quan sát hay mức độ khái quát Với bản đồ có tỷ lệ nhỏ thì thành phố được biểu diễn bằng điểm (point), đường đi, sông ngòi được biểu diễn bằng đường (line) Khi tỷ lệ thay đổi kéo theo sự thay đổi về thực thể biểu diễn Thành phố lúc này sẽ được biểu diễn bởi vùng có đường ranh giới Khi tỷ lệ lớn hơn, thành phố có thể được biểu diễn bởi tập các thực thể tạo nên các đối tượng nhà cửa, đường sá, các trình tiện ích,…

Nói chung mô hình dữ liệu Véc tơ sử dụng các đoạn thẳng hay các điểm rời rạc để nhận biết các vị trí của thế giới thực

Hình I.4: Biểu diễn bản đồ véctơ [1] I.3.1.1.1 Kiểu đối tượng điểm (Points)

Điểm được xác định bởi cặp giá trị đ Các đối tượng đơn, thông tin về địa lý chỉ gồm cơ sở vị trí sẽ được phản ánh là đối tượng điểm Các đối tượng kiểu điểm có đặc điểm:

 Là toạ độ đơn (x,y)

 Không cần thể hiện chiều dài và diện tích

Vị trí không gian Dữ liệu tọa độ

Hình 1.5: Số liệu Véctơ được biểu thị dưới dạng điểm (Point) [3]

Bệnh viện Tỉnh

A

Bệnh viện

Thế giới thực

Tỉnh A

Bản đồ Véc tơ

Đường biên hành chính

Các công trình

công cộng Các tầng

bản đồ Trục x

+ Trục y

Trục x

Chỉ số XY

8282 +

Fiel tọa độ điểm

Chỉ số điểm

Tỷ lệ trên bản đồ tỷ lệ lớn, đối tượng thể hiện dưới dạng vùng Tuy nhiên trên bản đồ tỷ lệ nhỏ, đối tượng này có thể thể hiện dưới dạng một điểm Vì vậy, các đối tượng điểm và vùng có thể được dùng phản ánh lẫn nhau

1.3.1.1.2 Kiểu đối tượng đường (Arcs)

Đường được xác định như một tập hợp dãy của các điểm Mô tả các đối tượng địa lý dạng tuyến, có các đặc điểm sau:

Vùng được xác định bởi ranh giới các đường thẳng Các đối tượng địa lý có diện tích và đóng kín bởi một đường được gọi là đối tượng vùng polygons, có các đặc điểm sau:

 Polygons được mô tả bằng tập các đường, và điểm nhãn

Một hoặc nhiều arc định nghĩa đường bao của vùng Một điểm nhãn label points

nằm trong vùng để mô tả, xác định cho mỗi một vùng

Fiel tọa độ điểm

Hình 1.7: Số liệu Véctơ được biểu thị dưới dạng vùng (Polygon) [3]

Có hai cách để lưu trữ các vùng gồm lưu trữ đa giác và lưu trữ cung

- Lưu trữ đa giác: Các đa giác được lưu trữ tuần tự theo các tọa độ Các vùng liền kề nhau có chung đường biên thì tọa độ được nhập vào sẽ được mã hóa hai lần, mỗi lần cho một đa giác Hai tập tọa độ nhập vào chung cho hai đa giác kề nhau có thể không trùng khớp Cách lưu trữ này được sử dụng trong một số hệ thống GIS vector và trong nhiều hệ thống vẽ bản đồ tự động

- Lưu trữ cung: Các cung được lưu trữ tuần tự theo các tọa độ Các vùng được hình thành bởi việc liên kết các cung Cách lưu trữ này được sử dụng trong hầu hết các GIS vector hiện nay

1.3.1.2 Mô hình dữ liệu Raster [1]

Mô hình dữ liệu dạng raster phản ánh toàn bộ vùng nghiên cứu dưới dạng một lưới các ô vuông hay điểm ảnh (pixcel) Mô hình raster có các đặc điểm:

 Các điểm được xếp liên tiếp từ trái qua phải và từ trên xuống dưới  Mỗi một điểm ảnh (pixcel) chứa một giá trị

 Một tập các ma trận điểm và các giá trị tương ứng tạo thành một lớp (layer)  Trong cơ sở dữ liệu có thể có nhiều lớp

Mô hình dữ liệu raster là mô hình dữ liệu GIS được dùng tương đối phổ biến trong các bài toán về môi trường, quản lý tài nguyên thiên nhiên

Mô hình dữ liệu raster chủ yếu dùng để phản ánh các đối tượng dạng vùng là ứng dụng cho các bài toán tiến hành trên các loại đối tượng dạng vùng: phân loại; chồng xếp Các nguồn dữ liệu xây dựng nên dữ liệu raster có thể bao gồm:

• Quét ảnh

• Ảnh máy bay, ảnh viễn thám • Chuyển từ dữ liệu Véc tơ sang • Lưu trữ dữ liệu dạng raster

• Nén theo hàng (Run lengh coding)

• Nén theo chia nhỏ thành từng phần (Quadtree) • Nén theo ngữ cảnh (Fractal)

Trong một hệ thống dữ liệu cơ bản raster được lưu trữ trong các ô (thường hình vuông) được sắp xếp trong một mảng hoặc các dãy hàng và cột Nếu có thể, các hàng và cột nên được căn cứ vào hệ thống lưới bản đổ thích hợp Việc sử dụng cấu trúc dữ liệu raster tất nhiên đưa đến một số chi tiết bị mất Với lý do này, hệ thống raster-based không được sử dụng trong các trường hợp nơi có các chi tiết có chất lượng cao được đòi hỏi

A A A A C C C C A A A A C C C C A A A B B C C C A A B B B B B B B B B B B B B B

Hình 1.8: Mô hình dữ liệu Raster

Xây dựng mô hình cơ sở dữ liệu Raster

- Mỗi pixel là một đối tượng, có vị trí theo hàng, cột tương ứng trên ảnh, giá trị của pixel cho biết pixel đó thuộc loại đối tượng nào, tính chất của đối tượng đó được lưu trữ ở một cơ sở dữ liệu thuộc tính tương ứng

- Cơ sở dữ liệu không gian Raster có thể chứa hàng ngàn lớp dữ liệu không gian

- Kiểu giá trị của pixel trong mỗi layer tùy theo việc mã hóa của người sử dụng, có thể là số nguyên, số thực hay ký tự alphabet Thường thì giá trị số nguyên thường được dùng làm mã số để liên hệ với bảng dữ liệu khác hay làm chú giải để thể hiện bản đồ

- Để thể hiện một bề mặt liên tục người ta sử dụng mô hình raster, các bề mặt liên tục này thường thể hiện bề mặt địa hình, mưa, áp suất không khí, nhiệt độ, mật độ, dân số

Như vậy, với cơ sở dữ liệu không gian raster các thông tin được tổ chức như hình dưới đây:

Hình 1.9: Tổ chức cơ sở dữ liệu không gian Raster [3]

1.3.2 Dữ liệu phi không gian:

1.3.2.1 Khái niệm: Là những mô tả về đặc tính, đặc điểm và các hiện tượng xảy ra

tại vị trí địa lí xác định mà chúng khó hoặc không thể biểu thị trên bản đồ được Cũng như các hệ thống thông tin địa lý khác, hệ thống này có 4 loại dữ liệu thuộc tính:

- Ðặc tính của đối tượng: Liên kết chặt chẽ với các thông tin đồ thị, các dữ

liệu này được xử lí theo ngôn ngữ hỏi đáp cấu trúc (SQL) và phân tích Chúng được

liên kết với các hình ảnh đồ thị thông qua các chỉ số xác định chung, thông thường gọi là mã địa lý và được lưu trữ trong cả hai mảng đồ thị và phi đồ thị Hệ thống thông tin địa lý còn có thể xử lí các thông tin thuộc tính riêng rẽ và tạo ra các bản đồ

Số liệu và vị trí code của pixel

Tính chất 1

Tính chất 2

Tính chất 3

chuyên đề trên cơ sở các giá trị thuộc tính Các thông tin thuộc tính này cũng có thể được hiển thị như là các ghi chú trên bản đồ hoặc là các tham số điều khiển cho việc lựa chọn hiển thị các thuộc tính đó như là các ký hiệu bản đồ

- Dữ liệu tham khảo địa lý: Mô tả các sự kiện hoặc hiện tượng xảy ra tại

một vị trí xác định Không giống các thông tin đặc tính, chúng không mô tả về bản

thân các hình ảnh bản đồ, thay vào đó chúng mô tả các danh mục hoặc các hoạt động như cho phép xây dựng các khu công nghiệp mới, nghiên cứu y tế, báo cáo hiểm họa môi trường liên quan đến các vị trí địa lí xác định Các thông tin tham khảo địa lí đặc trưng được lưu trữ và quản lí trong các file độc lập và hệ thống không thể trực tiếp tổng hợp với các hình ảnh bản đồ trong cơ sở dữ liệu của hệ thống

- Chỉ số địa lý: Là các chỉ số về tên, địa chỉ, khối, phương hướng định vị,

liên quan đến các đối tượng địa lí, được lưu trữ trong Hệ thông tin địa lí để chọn, liên kết và tra cứu dữ liệu trên cơ sở vị trí địa lý mà chúng đã được mô tả bằng các chỉ số địa lý xác định

- Quan hệ không gian giữa các đối tượng: Rất quan trọng cho các chức

năng xử lý của hệ thống thông tin địa lý Các mối quan hệ này có thể đơn giản hay phức tạp như sự liên kết, khoảng cách tương thích, mối quan hệ topo giữa các đối tượng

1.3.2.3 Mối quan hệ giữa dữ liệu bản đồ và dữ liệu thuộc tính

Hệ thống thông tin địa lý sử dụng phương pháp chung để liên kết hai loại dữ liệu đó thông qua bộ xác định, lưu trữ đồng thời trong các thành phần đồ thị và phi đồ thị Các bộ xác định có thể đơn giản là một số duy nhất liên tục, ngẫu nhiên hoặc là các chỉ báo địa lí hay dữ liệu vị trí lưu trữ Bộ xác định cho một thực thể có thể

chứa tọa độ phân bố của nó, số hiệu mảnh bản đồ, mô tả khu vực hoặc là một con trỏ đến vị trí lưu trữ của dữ liệu liên quan

1.4 Chức năng

Sức mạnh của các chức năng của hệ thống GIS khác nhau là khác nhau Kỹ thuật xây dựng các chức năng cũng rất khác nhau Chức năng của một hệ thống thông tin địa lý được phân chia thành năm loại sau đây:

Nhập dữ liệu: Trước khi dữ liệu địa lý có thể được dùng cho GIS, dữ liệu này

phải được chuyển sang dạng số thích hợp Quá trình chuyển dữ liệu từ bản đồ giấy sang các file dữ liệu dạng số được gọi là quá trình số hoá

Thao tác dữ liệu: Có những trường hợp các dạng dữ liệu luôn đòi hỏi được

chuyển dạng và thao tác theo một số cách để có thể tương thích với một hệ thống nhất định Công nghệ GIS cung cấp nhiều công cụ cho các thao tác trên dữ liệu không gian và cho loại bỏ dữ liệu không cần thiết

Quản lý dữ liệu: Đối với những dự án GIS nhỏ, có thể lưu các thông tin địa lý

dưới dạng các file đơn giản Tuy nhiên, khi kích cỡ dữ liệu trở nên lớn hơn và số lượng người dùng cũng nhiều lên thì cách tốt nhất là sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu (BDMS) để giúp cho việc lưu giữ, tổ chức và quản lý thông tin Một BDMS chỉ đơn giản là một phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu

Hỏi đáp và phân tích: GIS cung cấp khả năng hỏi đáp đơn giản “chỉ và bấm”

và các công cụ phân tích hành vi để cung cấp kịp thời thông tin cho những người quản lý và phân tích Các hệ GIS hiện đại có nhiều công cụ phân tích hiệu quả

Hiển thị: Với nhiều thao tác trên dữ liệu địa lý, kết quả cuối cùng cũng được

hiển thị tốt nhất dưới dạng bản đồ hoặc biểu đồ Bản đồ khá hiệu quả trong lưu giữ và trao đổi thông tin địa lý GIS cung cấp nhiều công cụ mới và thú vị để mở rộng tính nghệ thuật và khoa học của ngành bản đồ Bản đồ hiển thị có thể đuợc kết hợp với các bản báo cáo, hình ảnh ba chiều, ảnh chụp và những dữ liệu khác (đa phương tiện)

Quan hệ giữa các nhóm chức năng và cách biểu hiện thông tin khác nhau của GIS được mô tả trong hình vẽ sau:

Hình 1.10: Quan hệ giữa các nhóm chức năng trong GIS [5]

Lưu trữ và khai thác

Xử lý sơ bộ dữ liệu

Hiển thị và tương tác

Tìm kiếm và phân tích

Hiện tượng quan sát

Tài liệu và bản đồ giấy

Thu thập dữ liệu

Dữ liệu thô

CSDL

Thiết bị đồ họa

Dữ liệu có cấu trúc

Diễn giải

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TÍCH HỢP WEB-GIS

2.1 Giới thiệu WEB:

Dịch vụ WWW, hay còn được gọi là Web, được phát triển nhằm mục đích quan sát và tìm kiếm thông tin trên Internet Chúng liên kết không tuyến tính các tài liệu trên server nhờ công nghệ siêu văn bản (hypertext) và siêu vật mang (hypermedia) Các tài liệu Web bao gồm các trang liên kết và các trang được hình thành bởi các dòng lệnh của ngôn ngữ thường được sử dụng với tên là HTML

Ghép nối Server Web Với dữ liệu ứng dụng

Ghép nối Server ứng dụng với CSDL

Cần phân biệt Web và Internet: Web không phải là mạng mà là ứng dụng trên mạng sử dụng giao thức HTTP Để truy cập trang Web, client phải được cài đặt một trình duyệt Web nào đó Khi người sử dụng quan tâm đến trang Web, họ chỉ việc nhập địa chỉ của nó trong trình duyệt Web, client sẽ tự động xác nhận server cần liên lạc rồi sử dụng giao thức HTTP để yêu cầu lấy tài liệu trong Web Server Khi nhận được yêu cầu từ trình duyệt Web, dịch vụ Web lại sử dụng giao thức HTTP để gửi trang Web hoặc đối tượng trả lại cho client Cuối cùng trình duyệt Web sẽ hiển thị trang Web hoặc đối tượng đó lên màn hình

Hình 2.2: Kiến trúc Web một máy chủ 2.2 Giới thiệu về WebGIS:

GIS có nhiều định nghĩa nên WEBGIS cũng có nhiều định nghĩa Nói chung, các định nghĩa của WEBGIS dựa trên những định nghĩa đa dạng của GIS và có

Trình duyệt Web (Client) Internet

LAN

thêm các thành phần của WEB (web component) Đây là một trong số các định nghĩa về WEBGIS:

WEBGIS là một hệ thống phức tạp cung cấp truy cập trên mạng với những chức năng như là thu ảnh(capturing), lưu trữ, hợp nhất dữ liệu (integrating), chế tác (manipulating), phân tích và hiền thị dữ liệu không gian.(theo Harder 1998)

Hiện nay có rất nhiều hệ thống GIS đang hoạt động trên WEB, nhưng để phân phối thông tin thì phần lớn các hệ thống này đều thiết kế theo mô hình Client/Server (Hình 2.3)

Hình 2.3: Cấu trúc của WWW thiết kế theo mô hình Client/Server

Theo mô hình Client/Server thì bên Client phải có bộ duyệt Web như Microsoft Internet Explorer, Nescape, để gửi yêu cầu cho Server, Server xử lý yêu cầu và gửi thông tin lại cho Client Mô hình được sử dụng trong hệ thông tin địa lý phân tán DGI (Distributed Geographic Infomation) là một khái niệm mở rộng của Client/Server (Hình 2.4) như là một Server đa tầng (vì tiến trình xử lý được phân chia trên các tầng riêng biệt - trạm làm việc và Server cơ sở dữ liệu) Server đa tầng chứa một Web Server và chương trình GIS, giữa hai tiến trình có sự liên lạc bởi một chương trình DGI Khi có người sử dụng gửi một yêu cầu xem một bản đồ hoặc phần mềm GIS, yêu cầu được gửi cho Web Server qua Internet Bên Server công nhận nó như một yêu cầu DGI, và gửi đến chương trình DGI, sau đó câu hỏi được chuyển sang mã nội bộ và gửi qua phần mềm GIS để xử lý yêu cầu (thông thường nó dùng ngôn ngữ scripts là chương trình được dịch bởi phần mềm GIS) Kết quả trả lại có thể là ảnh bản đồ, văn bản hoặc tệp dữ liệu thô Phần mềm

DGI phải định dạng lại đầu ra theo tiêu chuẩn Internet hoặc những gì có thể mà các trình duyệt Web hiểu được Thông tin này được gửi qua Web Server cho Client hiển thị

Hình 2.4: Mô hình Client/Server nhiều lớp của tất cả các dịch vụ DGI Tiềm năng của WebGIS

+ Khả năng phân phối thông tin địa lý rộng rãi trên toàn cầu

+ Người dùng Intenet có thể truy cập đến các ứng dụng GIS mà không phải mua phần mềm

+ Đối với phần lớn người dùng không có kinh nghiệm về GIS thì việc sử dụng WebGIS sẽ đơn giản hơn việc sử dụng các ứng dụng GIS loại khác

2.3 Chức năng của WebGIS: 2.3.1 Chức năng hiển thị

+ Hiển thị toàn bộ tất cả các lớp bản đồ + Hiển thị các lớp bản đồ theo tùy chọn

+ Thay đổi tỉ lệ hiển thị bản đồ(phóng to, thu nhỏ) + Di chuyển khu vực hiển thị

+ Hiển thị thông tin về đối tượng cụ thể + In bản đồ

2.3.2 Chức năng phân tích thiết kế

+ Thực hiện việc tìm kiếm các dữ liệu phù hợp với yêu cầu (qua các query)

+ Chỉnh sửa đối tượng sẵn có thông tin về màu sắc thông qua một chuẩn bản đồ

+ Tạo bản đồ chuyên đề

2.4 Ứng dụng của WebGIS:

Dựa trên những chức năng của WebGIS ta có thể thấy những ứng dụng của nó là tạo những bản đồ có những chức năng như chức năng của WebGIS: hiển thị các lớp bản đồ, thay đổi tỉ lệ phóng, di chuyển bản đồ để xem bản đồ, hiển thị thông tin đối tượng, thực hiện các câu query,

+ Ứng dụng trong kinh doanh

+ Ứng dụng thành lập bản đồ hành chính và phân bố dân số + Ứng dụng thành lập bản đồ quản lý cơ sở hạ tầng kiến trúc

+ Ứng dụngthành lập bản đồ quản lý dầu khí, gas và thăm dò khoáng sản + Ứng dụng thành lập bản đồ Y tế và an toàn nhân dân

+ Ứng dụng thành lập bản đồ thông tin bất động sản thực

+ Ứng dụng thành lập bản đồ quản lý các nguồn tài nguyên tăng cường + Ứng dụng trong thành lập bản đồ quy hoạch đô thị và vùng

2.5 Giải pháp tích hợp và mô hình kết nối WebGIS:

2.5.1 Các giải pháp tích hợp WebGIS: Các ứng dụng của hệ thông tin địa lý trực

tuyến có thể đơn giản là bản đồ vẽ trước trong các trang Web cho đến hệ thống phức tạp liên kết mạng với hệ thống GIS để người dùng từ xa chia sẻ dữ liệu chung "trong thời gian thực"

Các ứng dụng GIS trực tuyến thông thường bao gồm server (để lưu dữ liệu và ứng dụng), client (để sử dụng dữ liệu và ứng dụng) và mạng thông tin (để điều khiển luồng thông tin giữa Client và Server)

Khi hệ thống GIS trực tuyến hoạt động, một loạt các công việc sẽ được thực hiện, bao gồm xử lý các yêu cầu, thực hiện tìm kiếm, phân tích địa lý, phát sinh các báo cáo và liên tục hiển thị bản đồ Nhiệm vụ đầu tiên của công việc thiết kế hệ thống GIS trực tuyến là xác định loại công việc dành cho Server và Client

Các công việc này có thể được phân chia như trên bảng 2.1 cho Server và Client của hệ thống

Bảng 2.1: Phân bổ công việc trên hệ thống khách/chủ (client/server) + Nhiệm vụ của Server:

Mục tiêu cơ bản của mô hình tính toán khách/chủ là tập trung dữ liệu và phần mềm trên một máy để các client xâm nhập Thông thường thì việc tập trung dữ liệu và phần mềm trên một máy (hay còn gọi là nặng Server) có nhiều lợi thế như dễ cập nhật, sử dụng máy tính mạnh sẽ hiệu quả hơn việc phân tán mọi thứ và dễ quản lý xâm nhập thông tin Nếu đặt dữ liệu GIS trên máy trung tâm thì ta có kết quả tương tự như môi trường Web Tuy nhiên chúng cũng có bất lợi, đó là hệ GIS đòi hỏi server mạnh để thực thi nhiều công việc hơn các trang chủ Web thông thường khác

Do vậy, khi quá nhiều người sử dụng xâm nhập trang chủ thì bộ xử lý quá tải dẫn đến dừng hoạt động Đó là nguyên nhân để xây dựng máy chủ trên cơ sở nhiều bộ xử lý chạy song song Vấn đề khác xảy ra với ứng dụng GIS phân tán nặng server là quá tải đường truyền Internet Mỗi khi người dùng phóng to, thu nhỏ bản đồ thì yêu cầu mới được gửi từ Client đến Server, bản đồ mới được Server phát sinh và gửi trở lại Client

Chúng có thể làm tắc nghẽn đường truyền hay làm giảm tính tương tác và tính hiệu quả của giao diện với người sử dụng

Nặng Server Cân đối Nặng Client GIS trên client

Nhiệm vụ Server

Duyệt bản đồ Truy vấn dữ liệu

Phân tích Vẽ bản đồ

Truy vấn dữ liệu Phân tích Vẽ bản đồ

Phân tích

Vẽ bản đồ Dịch vụ tệp Truyền

tải Bản đồ Raster

Dữ liệu

Raster/vector Bản đồ vector Dữ liệu thô

Nhiệm vụ Client

Hiển thị Hiển thị Duyệt bản đồ Truy vấn đầu vào

Hiển thị Duyệt bản đồ Truy vấn dữ liệu

Hiển thị Duyệt bản đồ Truy vấn dữ liệu Vẽ bản đồ Phân tích

+ Nhiệm vụ của Client:

Thông thường các trình duyệt Web thuộc nhóm Client mỏng, phần lớn các xử lý được thực hiện trên Server còn trình duyệt chỉ làm nhiệm vụ hiển thị Các ứng dụng trên client mỏng đòi hỏi Server nặng như mô tả trên đây Ngược lại, các ứng dụng xây dựng trên quan điểm Client nặng sẽ thực hiện nhiều xử lý trên Client Nếu trình duyệt có khả năng đồ họa cao và xử lý nhiều chức năng GIS thì chúng có thể dễ dàng duyệt, phóng to, thu nhỏ bản đồ và truy vấn dữ liệu không gian Chúng làm giảm tải đường truyền và bộ xử lý của Server Tuy nhiên, các nhà phát triển trình duyệt Web thông thường không muốn xây dựng các chức năng GIS cho hệ thống chương trình của họ Nhưng họ đã cho khả năng mở rộng chức năng trình duyệt Web bằng các công nghệ khác như Java applet, ActiveX, plug-ins

Java applet được xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình Java của Sun Microsystems Java cho phép viết một trình ứng dụng hay một đoạn mã trình (applet) trên hệ điều hành này và chạy nó trên bất cứ máy tính nào khác nếu có môi trường Java mà không cần phải dịch lại applet đó

Điều khiển ActiveX là những thành phần lập trình hướng đối tượng trên nền hệ điều hành Windows Điều khiển ActiveX cung cấp nhiều chức năng tương tự như Java applet Tuy nhiên, do được xây dựng bằng công nghệ mở rộng của Microsoft cho nên chúng chỉ chạy trên PC có môi trường hệ điều hành và trình duyệt Web của Microsoft

Plug-in cũng cho khả năng tương tác với người dùng Web Plug-in là thư viện liên kết động (DLL) cho phép nhìn, nghe loại dữ liệu mới Chúng được cài đặt để chạy bên trong cửa sổ duyệt, trong suốt với người sử dụng Chúng có khả năng xâm nhập tài nguyên của Client như các đối tượng OLE, thiết bị MIDI, máy in

Khi người sử dụng gọi trang chủ thì applet được tự động nạp và trở thành một phần của trình duyệt Điều này cho người phát triển phần mềm GIS xây dựng các applet xử lý dữ liệu không gian của riêng họ Bất lợi của giải pháp này là các máy client phải nạp các applet (có khi lớn tới megabyte) mỗi khi xâm nhập trang

chủ

+ Giải pháp Client/Server cho tích hợp GIS &Web:

Việc lựa chọn giải pháp nặng hay nhẹ máy chủ phụ thuộc vào nhiều yếu tố Client nặng tương tác với server nhẹ cho khả năng phân tích mềm dẻo và phong phú hơn, làm giảm tải đường truyền, tăng số lượng người dùng đồng thời và cập nhật phần mềm khó khăn hơn Cài đặt Client nhẹ/Server nặng chiếm dụng giải băng truyền tin đáng kể để tải các bản đồ Giải pháp này dành cho các ứng dụng không đòi hỏi các thao tác phân tích GIS phức tạp Giải pháp cân đối giữa Client và Server có thể là giải pháp ưu việt cho các dự án, chúng ta sẽ nghiên cứu ở phần tiếp sau

2.5.1.1 Nặng phía Server/ nhẹ phía Client:

Máy chủ (Server) sẽ đảm nhiệm tất cả các công việc bao gồm lưu dữ liệu và phân tích dữ liệu.

Hình 2.5: Mô hình kết nối nặng phía Server/nhẹ phía Client * Ưu điểm của mô hình này:

+ Nếu sử dụng máy chủ (Server) có hiệu năng cao:

Người sử dụng có thể xâm nhập dữ liệu phức tạp và rất lớn, quy trình phân tích GIS phức tạp cũng được thực hiện nhanh ngay cả khi Client không có phần cứng mạnh

+ Client được kiểm soát tốt hơn khi sử dụng dữ liệu để đảm bảo rằng dữ liệu sử dụng là chính xác

* Nhược điểm của mô hình này:

+ Mỗi yêu cầu từ Client (dù nhỏ đến mấy) vẫn phải gửi đến Server để xử lý, sau đó kết quả được gửi qua Internet trở lại Client

+ Hiệu xuất bị ảnh hưởng bởi dải băng thông và lưu lượng trên Internet giữa máy chủ và máy Client, đặc biệt khi phải tải tệp dữ liệu lớn

+ Mô hình này không tận dung được lợi thế về sức mạnh của máy tính phía Client, nó chỉ được sử dụng để đệ trình yêu cầu và hiển thị kết quả

2.5.1.2 Nhẹ phía Server/ nặng phía Client

Máy khách được cung cấp các chức năng để xử lý các yêu cầu mà không cần phải gửi về cho máy chủ xử lý Khi đó máy khách phải đủ mạnh để

xử lý các yêu cầu này

Hình 2.6 Mô hình kết nối nặng phía Client/ nhẹ phía Server

* Ưu điểm của mô hình này:

+ Trong mô hình này người sử dụng sẽ tận dụng được sức mạnh xử lý của máy tính phía Client và có đầy đủ khả năng làm chủ tiến trình phân tích dữ liệu

+ Khi mà Server đã gửi CSDL theo yêu cầu của Client thì người sử dụng có thể chế tác dữ liệu mà không cần trao đổi thông điệp giữa Client và Server qua Internet

* Nhược điểm của mô hình này:

+ Dữ liệu, applets trao đổi giữa Server và Client là rất lớn nên dễ gây ra nghẽn mạng

+ Nếu máy tính Client không đủ mạng thì rất khó khăn cho tập dữ liệu phức tạp và lớn, các chương trình phân tích GIS phức tạp sẽ bị chạy chậm hoặc không chạy được ở trên Client so với ở trên Server

- Người sử dụng gặp nhiều khó khăn khi không được huấn luyện để sử dụng dữ liệu và thực hiện các chức năng phân tích

2.5.1.3 Giải pháp cân đối Server/Client:

Có thể kết hợp bằng cách dữ liệu lưu trên máy chủ, các chức năng xử lý đặt tại máy khách Cũng có thể kết hợp bằng cách máy chủ cung cấp các chức năng, dữ liệu lưu ở máy khách Hoặc cũng có thể kết hợp theo cách dữ liệu và chức năng vừa lưu ở máy chủ, vừa cung cấp các chức năng xử lý đơn giản cho máy khách,…

Trong trường hợp này, khả năng GIS là cung cấp các applets hay các chương trình nhỏ có thể thực thi được trên máy khách Các applets này được phân phối cho máy khách khi người dùng cần Một khi dữ liệu và applets được tải về máy khách, người dùng có thể làm việc độc lập với máy chủ Các yêu cầu và kết quả sẽ không gửi qua Internet Applets có thể được viết bằng Java, JavaScript hoặc ActiveX

2.5.2 Sơ đồ hoạt động của WebGIS

Hình 2.7: Sơ đồ hoạt động của WebGIS

Khi có yêu cầu phát sinh, Client gửi yêu cầu đến WebServer Nếu yêu cầu có liên quan đến bản đồ, WebServer chuyển yêu cầu đó đến MapServer xử lý Tại MapServer, yêu cầu sẽ được phân loại và tùy thuộc vào loại yêu cầu mà MapServer gọi đến chương trình thực thi để thực hiện Chương trình thực thi trên MapServer truy cập vào cơ sở dữ liệu để lấy dữ liệu Trong quá trình truy cập, chương trình thực thi tham chiếu đến tệp tin cấu hình bản đồ (config_mapfile) Dữ liệu lấy về sẽ

Data

HTML Template Config_mapfile Yêu cầu

được chuyển về WebServer, WebServer tham chiếu đến tệp tin mẫu (html template) để tạo ra kết quả Kết quả sẽ được gửi về Client để hiển thị Chu trình cứ thế tiếp tục

2.5.3 Phần mềm mã nguồn mở MAPSERVER

MapServer là Web Map Server mã nguồn mở hỗ trợ phát triển ứng dụng trên nền Java, NET, PHP có thể chạy trên nền Linux hoặc Windows Trong đề tài này em sẽ giới thiệu và triển khai ứng dụng bằng Mapserver trong môi trường Windows.

MapServer cho phép tạo các bản đồ động và trình bày dữ liệu không gian trên Web Đây là sản phẩm của trường đại học Minnesota (University of Minnesota - UMN) trong dự án kết hợp giữa NASA và bộ tài nguyên Minnesota

2.5.3.1 Các đặc điểm của MapServer:

- Hỗ trợ dịch vụ WebGIS theo chuẩn OGC, bao gồm: WMS Server(Web Map Service Server), WMS Client, WFS Server (Web Feature Service), WFS Client và WCS Server (Web Coverage Service)

- Xuất bản đồ với nhiều ưu điểm: • Vẽ đối tượng theo tỷ lệ

• Hiển thị nhãn theo đối tượng và giải quyết trùng lặp nhãn • Tùy biến giao diện, mẫu trước khi xuất

• Sử dụng font: TrueFont

• Có các thành phần của bản đồ như thước tỷ lệ, chú giải, bản đồ tham chiếu, mũi tên hướng Bắc

• Tạo bản đồ chuyên đề dựa trên biểu thức truy vấn trên các lớp cơ sở

- Hỗ trợ các ngôn ngữ kịch bản phổ biến và môi trường phát triển như C#, PHP, Perl, Python, Java, và Ruby

- Hỗ trợ các hệ điều hành: Linux, Windows, MAC OS X, Solaris, … - Hỗ trợ định dạng dữ liệu raster và vector:

• TIFF/GeoTIFF, GIF, PNG, ERDAS, JPEG và EPPL7

• ESRI shapefile, PostGIS, ESRI ArcSDE, Oracle Spatial, MySQL, … - Hỗ trợ lưới chiếu: hỗ trợ hơn 1000 lưới chiếu trong thư viện Proj.4

- Lưu trữ dữ liệu và cung cấp các bản đồ thông qua WWW, kèm theo một số chức năng như Zoom, Pan và một số tham số như hiển thị lớp, lựa chọn màu sắc.Ở đây máy chủ xử lý toàn bộ, máy khách chỉ hiển thị các bản đồ do máy chủ cung cấp

2.5.3.2 Sơ đồ hoạt động của MapServer

Hình 2.8 Sơ đồ hoạt động của MapServer

+ Application Server : đảm nhiệm chức năng lấy dữ liệu từ các Server cung cấp dữ liệu (WFS Server ) để tạo ra bản đồ , xử lý các yêu cầu từ phía trình duyệt và gửi trả kết quả về trình duyệt thông qua WebServer

+ WFS Server : lấy dữ liệu không gian từ Vector Data cung cấp dữ liệu dưới định dạng thống nhất GML khi có yêu cầu từ phía Application Server

+ Data Server : đảm nhiệm chức năng lưu trữ , quản lý dữ liệu không gian (Vector Data) và thuộc tính (RDBMS)

- Cơ chế hoạt động của hệ thống như sau : Trình duyệt gửi yêu cầu đến WebServer, WebServer gửi yêu cầu đến Application Server để phân tích Nếu yêu cầu có liên quan đến bản đồ thì A pplication Server lấy dữ liệu từ các WFS Server

để tích hợp lại thành bản đồ và gửi trả về cho WebServer , đến lượt mình , WebServer gửi kết quả về cho trình duyệt Nếu yêu cầu liên quan đến thông tin thuộc tính thì Application Server sẽ kết nối đến RDBMS để lấy dữ liệu về xử lý và gửi trả kết quả về cho WebServer , WebServer gửi kết quả về cho trình duyệt Chu trình cứ thế tiếp tục

Trong trường hợp này, khả năng GIS là cung cấp các applets hay các chương trình nhỏ có thể thực thi được trên máy khách Các applets này được phân phối cho máy khách khi người dùng cần Một khi dữ liệu và applets được tải về máy khách, người dùng có thể làm việc độc lập với máy chủ Các yêu cầu và kết quả sẽ không gửi qua Internet Applets có thể được viết bằng Java, JavaScript hoặc ActiveX

Trong đồ án này em sẽ sử dụng mô hình kết nối WebGIS nặng Server

Vì với mô hình nặng Server người dùng sẽ truy cập được các dữ liệu lớn và phức tạp thay vì phải xử lý trên máy khách (thường có cấu hình thấp và không đồng bộ)

Các chức năng phân tích GIS phức tạp sẽ được xử lý nhanh hơn thay vì xử lý trên máy khách

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG WEBGIS CẢNH BÁO DỊCH BỆNH CÚM GIA CẦM

3.1 PHÂN TÍCH

3.1.1 Hiện trạng nhu cầu thông tin:

Qua quá trình khảo sát việc phòng, chống dịch bệnh cúm gia cầm trong địa bàn tỉnh Bắc Giang hiện nay, đa số các thông tin về dịch bệnh mà các nhà lãnh đạo, cơ quan chức năng trong ngành chăn nuôi thú y và người dân cần biết là kết quả điều tra về chăn nuôi gia cầm, kết quả tiêm phòng trong mỗi đợt, số gia cầm bị dịch cúm, các luồng luân chuyển giống gia cầm, sản phẩm gia cầm, thức ăn gia cầm và các số liệu khác phục vụ bài toán dự báo Ngoài ra, còn các thông tin về các cơ sở giết mổ tập trung, các chợ, các trang trại chăn nuôi cung cấp giống gia cầm, các quầy hàng kinh doanh thuốc, vật tư thú y và các thông tin liên quan khác

3.1.2 Phân loại thông tin:

Nhằm mục đích thiết lập cơ sở dữ liệu GIS phục vụ công tác cảnh báo dịch bệnh cúm gia cầm nên các thông tin trên được phân thành hai loại: loại thông tin có liên quan đến không gian và loại thông tin phi không gian (hay còn gọi là dữ liệu bản đồ và dữ liệu thuộc tính) Để có thể vừa phục vụ cho công tác quản lý tình hình chăn nuôi, tình hình dịch cúm, vừa phục vụ cho bài toán dự báo, cảnh báo xu hướng lây lan, dữ liệu bản đồ cũng như dữ liệu thuộc tính kèm theo được lưu trữ chi tiết đến từng cụm dân cư, từng trại chăn nuôi Sau đây là các loại thông tin dữ liệu được lưu trữ trong hệ thống

- Các thông tin liên quan đến không gian:

+ Đường quốc lộ, liên tỉnh, liên huyện và liên xã; + Sông, suối, ao, hồ;