Sử dụng mã nguồn mở xây dựng webgis cho tỉnh cao bằng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT - NGUYỄN MINH HIẾU SỬ DỤNG MÃ NGUỒN MỞ XÂY DỰNG WEBGIS CHO TỈNH CAO BẰNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI NĂM 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT - NGUYỄN MINH HIcẾU SỬ DỤNG MÃ NGUỒN MỞ XÂY DỰNG WEBGIS CHO TỈNH CAO BẰNG Ngành: Kỹ thuật trắc địa – đồ Mã số : 60520503 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS PHẠM VIỆT HÒA HÀ NỘI NĂM 2015 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, Ngày 15 tháng 04 năm 2015 Tác giả luận văn Nguyễn Minh Hiếu ii MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC HÌNH vi DANH MỤC BẢNG BIỂU viii MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU .5 1.1 Điều kiện tự nhiên tỉnh Cao Bằng 1.1.1 Vị trí địa lý tỉnh Cao Bằng 1.1.2 Đặc điểm địa hình địa mạo 1.1.3 Đặc điểm khí hậu 1.1.4 Đặc điểm thủy văn 1.1.5 Đặc điểm thổ nhƣỡng 1.1.6 Các nguồn tài nguyên .10 1.1.7 Cảnh quan môi trƣờng .12 1.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội tỉnh Cao Bằng .12 1.2.1 Lịch sử tôn giáo 12 1.2.2 Sự phân bố hành đặc điểm dân cƣ 13 1.2.3 Y tế - Giáo dục 16 1.2.4 Cơ sở hạ tầng thiết yếu .17 1.2.5 Tiềm lực phát triển kinh tế 19 CHƢƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƢƠNG PHÁP LUẬN NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU WEBGIS CAO BẰNG 21 2.1 Kiến thức tổng quan công nghệ WebGIS .21 2.1.1 Một số khái niệm GIS 21 2.1.2 Một số khái niệm WebGIS 22 2.1.3 Kiến trúc chung WebGIS 23 2.1.4 Nguyên lý hoạt động WebGIS 24 2.1.5 Ứng dụng WebGIS 24 2.2 Chuẩn CSDL WebGIS 27 iii 2.2.1 Chuẩn liệu không gian OGC 27 2.2.2 Một số định dạng CSDL WebGIS khác 29 2.3 Một số thƣ viện hỗ trợ xây dựng ứng dụng đồ Web 33 2.3.1 Thƣ viện đồ Leaflet 33 2.3.2 Thƣ viện đồ MapBox 33 2.3.3 Thƣ viện đồ OpenLayers 34 2.3.4 Thƣ viện GeoExt .35 2.4 Hệ quản trị CSDL PostgreSQL/PostGIS .36 2.4.1 Khái niệm 36 2.4.2 Các đặc điểm PostgreSQL[14] 36 2.4.3 Ƣu điểm PostgreSQL 37 2.4.4 Giới thiệu PostGIS 37 2.5 Các phƣơng phƣơng pháp xây dựng WebGIS 39 2.5.1 Xây dựng WebGIS dựa tảng thƣơng mại .40 2.5.2 Xây dựng WebGIS sử dụng tảng mã nguồn mở 41 2.6 Quy trình thành lập WebGIS Cao Bằng 45 2.6.1 Thiết kế CSDL 47 2.6.2 Thiết kế hệ thống .52 CHƢƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG WEBGIS CAO BẰNG PHỤC VỤ CÔNG TÁC QUẢN LÝ LÃNH THỔ 55 3.1 Kết xây dựng CSDL WebGIS tỉnh Cao Bằng 55 3.1.1 Dữ liệu thống kê kinh tế xã hội 56 3.1.2 Dữ liệu không gian địa lý 57 3.2 Kết xây dựng WebGIS Cao Bằng 59 3.2.1 Đăng nhập phân quyền ngƣời dùng 62 3.2.2 Quản lý ranh giới hành 62 3.2.3 Quản lý liệu thống kê cấp 63 3.2.4 Quản lý điểm đặc trƣng kinh tế xã hội 64 3.2.5 Quản lý liệu nông nghiệp 65 iv 3.2.6 Truy vấn liệu đa tiêu chí .65 3.2.7 Truy vấn chuột chỉnh sửa đối tƣợng địa lý 66 3.2.8 Lấy Buffer đối tƣợng địa lý 66 3.2.9 Chồng xếp nhiều lớp liệu 67 3.2.10 Đo vẽ đối tƣợng địa lý .67 3.2.11 In ấn liệu trực tuyến 68 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Thuật ngữ viết tắt Diễn giải CSDL Cơ sở liệu CSS Cascading Style Sheets GIS Geographic Information Systems HTTP HyperText Transfer Protocol OGC Open Geospatial Consortium ORDBMS Object Relational Database Management System QL Quốc Lộ TNMT Tài nguyên Môi trường URL Uniform Resource Location WFS Web Feature Service WMS Web Map Service XML eXtensible Markup Language WCS Web Coverage Service vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Bản đồ hành tỉnh Cao Bằng Hình 2.1 Giáo sư Roger Tomlinson 21 Hình 2.2 Kiến trúc chung WebGIS 23 Hình 2.3 Mã lệnh yêu cầu phương thức GetCapabilties 27 Hình 2.4 Mã lệnh yêu cầu phương thức GetMap 27 Hình 2.5 Mã lệnh yêu cầu phương thức GetFeatureInfo 28 Hình 2.6 TileMap 29 Hình 2.7 Cấu trúc liệu định dạng GEOJSON 30 Hình 2.8 Đoạn mã khởi tạo đồ thơng qua thư viện Leaflet 33 Hình 2.9 Đoạn mã khởi tạo đồ thông qua thư viện Mapbox 34 Hình 2.10 Khởi tạo đồ thư viện OpenLayers 35 Hình 2.11 Khởi tạo đồ thư viện GeoExt 36 Hình 2.12 Giao diện phần mềm quản trị hệ CSDL PostgreSQL - pgAdminIII 39 Hình 2.13 Quy trình xây dựng hệ thống WebGIS Cao Bằng 46 Hình 2.14 Một số lớp liệu địa lý 47 Hình 2.15 Một số lớp liệu chuyên đề 49 Hình 2.16 Trường thuộc tính liệu cảnh quan .50 Hình 2.17 Trường thuộc tính liệu dân số 50 Hình 2.18 Trường thuộc tính liệu đất 50 Hình 2.19 Trường thuộc tính liệu địa mạo 51 Hình 2.20 Trường thuộc tính liệu số thực vật 51 Hình 2.21 Trường thuộc tính liệu thảm thực vật 51 Hình 2.22 Trường thuộc tính liệu rừng 51 Hình 2.23 Trường thuộc tính liệu nhiệt độ bề mặt .51 Hình 2.24 Trường thuộc tính liệu quy hoạch khu bảo tồn 52 Hình 2.25 Trường thuộc tính liệu sinh khí hậu 52 Hình 2.26 Các thức hoạt động WebGIS Cao Bằng 53 Hình 2.27 Quy trình xử lý u cầu xuất phát từ phía Client 54 vii Hình 3.1 Cấu trúc lưu trữ liệu Database .55 Hình 3.2 Giao diện tổng thể WebGIS Cao Bằng 59 Hình 3.3 Cấu trúc khung trang WebGIS Cao Bằng 60 Hình 3.4 Tính WebGIS Cao Bằng 61 Hình 3.5 Giao diện trước đăng nhập 62 Hình 3.6 Giao diện sau đăng nhập 62 Hình 3.7 Giao diện quản lý lớp hành 62 Hình 3.8 Giao diện Module cấu trúc thư mục ranh giới hành 63 Hình 3.9 Giao diện quản lý liệu thống kê cấp tỉnh 63 Hình 3.10 Cấu trúc thư mục liệu thống kê 64 Hình 3.11 Cấu trúc thư mục liệu thống kê 64 Hình 3.12 Cấu trúc thư mục liệu thống kê 65 Hình 3.13 Truy vấn liệu đa tiêu chí 65 Hình 3.14 Xem thơng tin nhấp chuột lên đối tượng địa lý 66 Hình 3.15 Buffer theo bán kính đối tượng địa lý .66 Hình 3.16 Chồng xếp lớp liệu 67 Hình 3.17 Đo vẽ số đại lượng hình học 67 Hình 3.18 In ấn liệu trực tuyến 68 57 Bảng 3.3 Danh mục thống kê cấp tỉnh STT Danh mục Công nghiệp Doanh nghiệp, hợp tác xã, sở kinh tế, hành chính, nghiệp Dân số Giao thông vận tải Giáo dục đào tạo Giá Lao động, việc làm bình đẳng giới Mức sống dân cư Nơng, lâm nghiệp thủy sản 10 Thông tin, truyền thông công nghệ thông tin 11 Thương mại 12 Trật tự, an toàn xã hội tư pháp 13 Tài cơng 14 Tài khoản quốc gia 15 Văn hóa, thể thao du lịch 16 Y tế chăm sóc sức khỏe 17 Đất đai, khí hậu, đơn vị hành 18 Đầu tư xây dựng 3.1.2 Dữ liệu không gian địa lý 3.1.2.1 Dữ liệu điểm đặc trưng kinh tế xã hội Dữ liệu điểm đặc trưng kinh tế xã hội thu thập từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm việc thu thập từ thực địa Dữ liệu điểm đặc trưng kinh tế xã hội cập nhật theo theo thời gian số lượng điểm danh mục nhóm điểm Hiện WebGIS Cao Bằng tích hợp 17 nhóm điểm đặc trưng kinh tế xã hội bảng đây: 58 Bảng 3.4 Danh mục nhóm điểm đặc trưng kinh tế xã hội Nhóm điểm STT Bảo tàng Cơ sở an ninh Cơ sở đào tạo Cơ sở du lịch Cơ sở nghiên cứu Cơ sở quốc phòng Cơ sở sản xuất Cơ sở thể thao Cơ sở thương mại, dịch vụ 10 Cơ sở tín ngưỡng 11 Cơ sở tơn giáo 12 Cơ sở văn hóa, nghệ thuật 13 Cơ sở y tế 14 Công sở 15 Di tích lịch sử văn hóa 16 Khu bảo tồn thiên nhiên 17 Nghĩa trang 3.1.2.2 Dữ liệu đồ chuyên đề Bản đồ chuyên đề thành lập từ nhiều nguồn liệu khác nhau, số loại đồ chuyên đề số thực vật NDVI xây dựng từ tư liệu ảnh viễn thám Theo thiết kế WebGIS Cao Bằng giai đoạn đầu tích hợp 10 nhóm đồ chun đề theo bảng đây: 59 Bảng 3.5 Danh sách đồ chuyên đề tích hợp WebGIS Cao Bằng Tên đồ chuyên đề STT Thảm thực vật Cảnh quan Quy hoạch khu bảo tồn Sinh khí hậu Đất Địa mạo Rừng Các điểm KTXH Nhiệt độ bề mặt 10 Chỉ số thực vật NDVI 3.2 Kết xây dựng WebGIS Cao Bằng - Giao diện tổng thể: Hình 3.2 Giao diện tổng thể WebGIS Cao Bằng 60 Hình 3.3 Cấu trúc khung trang WebGIS Cao Bằng Bảng 3.6 Mơ tả khu vực WebGIS Cao STT Khu vực Mô tả A Khu vực điều khiển B Khu vực quản lý C1 Khu vực đồ C2 Khu vực bảng liệu D Khu vực thông tin chi tiết E Khu vực thông tin liên hệ WebGIS Cao Bằng bước đầu xây dựng nhằm mục đích quản lý số hạng mục như: liệu thống kê kinh tế xã hội, liệu điểm đặc trưng kinh tế xã hội, liệu nông nghiệp, đồ chuyên đề loại nhiều hạng mục khác Để quản lý hỗ trợ người dùng khai thác hiệu quả, công cụ hàm chức nghiên cứu thử nghiệm kỹ lưỡng trước đưa vào sử dụng Dưới số tính tính hợp hồn thiện vào hệ thống: 61 Hình 3.4 Tính WebGIS Cao Bằng 62 3.2.1 Đăng nhập phân quyền người dùng - Màn hình trước đăng nhập: Hình 3.5 Giao diện trước đăng nhập - Màn hình sau đăng nhập: Hình 3.6 Giao diện sau đăng nhập - Mỗi tài khoản người dùng gán với ID tương ứng với ID phân quyền sử dụng định Tài khoản “admin” tài khoản có quyền cao nhất, phép chỉnh sửa thay đổi nội dung hệ thống 3.2.2 Quản lý ranh giới hành Hình 3.7 Giao diện quản lý lớp hành Ranh giới hành phân cấp quản lý dạng cấu trúc thư mục cao cấp tỉnh, thấp cấp xã Khi đơn vị hành chọn, đồ tự động điều hướng khu vực tự động thị 63 thơng tin liên quan người sử dụng nhấp chuột lên khu khu vực đồ Sau đăng nhập người sử dụng chỉnh sửa thơng tin liên quan với quyền hạn tương ứng Hình 3.8 Giao diện Module cấu trúc thư mục ranh giới hành 3.2.3 Quản lý liệu thống kê cấp Dữ liệu thống kê sau thu thập trình bày chuẩn hóa phần mềm Excel cơng cụ Microsoft Office Sau nhập vào hệ quản trị CSDL hiển thị giao diện Web hình dưới: Hình 3.9 Giao diện quản lý liệu thống kê cấp tỉnh 64 Hình 3.10 Cấu trúc thư mục liệu thống kê 3.2.4 Quản lý điểm đặc trưng kinh tế xã hội Điểm đặc trưng kinh tế xã hội phân loại theo nhóm loại hiển thị cách học đồ Khi người sử dụng lựa chọn đối tượng, toàn thơng tin vị trí thơng tin mơ tả truyền tải nhanh chóng tới người dùng Hệ thống thiết kế để quản lý hàng trăm nhóm đối tượng với số lượng lên tới hàng triệu Object Hình 3.11 Cấu trúc thư mục liệu thống kê 65 3.2.5 Quản lý liệu nơng nghiệp Hình 3.12 Cấu trúc thư mục liệu thống kê Một số đối tượng nông nghiệp đặc trưng mạnh tỉnh Cao Bằng đưa vào quản lý với nhiều thông tin phong phú Ví dụ: người dân tra cứu đặc tính sinh trưởng, hướng dẫn canh tác…; sản lượng thu hàng năm quản lý thể sinh động đồ giúp nhà quản lý dễ dàng nắm bắt tình hình sản xuất địa phương… 3.2.6 Truy vấn liệu đa tiêu chí Hình 3.13 Truy vấn liệu đa tiêu chí Một cơng cụ truy vấn đối tượng phát triển với đầy đủ phép toán logic cần thiết hỗ trợ người dùng truy vấn đối tượng Dữ liệu tìm kiếm hiển thị 66 dạng: thể hiển hình ảnh đối tượng địa lý đồ thông tin kèm dạng bảng 3.2.7 Truy vấn chuột chỉnh sửa đối tượng địa lý Chương trình tự động lấy tọa độ thực tế nơi nhấp chuột Sau lệnh truy vấn CSDL dựa vào tọa độ lấy đối tượng gần với vị trí hiển thị hình người dùng Trong trường hợp người sử dụng mở nhiều lớp liệu trình truy vấn thực qua lớp theo thứ tự ưu tiên nhận liệu lớp kỳ Hình 3.14 Xem thơng tin nhấp chuột lên đối tượng địa lý 3.2.8 Lấy Buffer đối tượng địa lý Buffer đối tượng địa lý theo bán kính cho trước cơng cụ khơng thể thiếu GIS Công cụ tỏ đặc biệt hiệu cơng tác quy hoạch tìm kiếm đối tượng xuất phát từ đối tượng địa lý khác Hình 3.15 Buffer theo bán kính đối tượng địa lý 67 3.2.9 Chồng xếp nhiều lớp liệu Chồng xếp lớp liệu tính quan trọng thiếu với ứng dụng đồ GIS Việc chồng xếp cách linh hoạt hỗ trợ thiết lập độ (opacity) cho lớp liệu giúp người sử dụng tìm vùng giao - sở để hỗ trợ công tác quy hoạch Hình 3.16 Chồng xếp lớp liệu 3.2.10 Đo vẽ đối tượng địa lý Công cụ đo vẽ khoảng cách chu vi diện tích tích hợp giúp người dùng có sơ sở để tính toán ước lượng số toán cụ thể như: tính tốn thời gian di chuyển từ điểm đồ, hay tính khối lượng san lấp, giải phóng mặt bằng… Hình 3.17 Đo vẽ số đại lượng hình học 68 3.2.11 In ấn liệu trực tuyến Với sở liệu tập trung, người sử dụng dễ dàng truy cập, tìm kiếm trích xuất liệu nhiều máy tính khác Việc in ấn trở nên thuận tiện người sử dụng in trực tiếp thơng qua trình duyệt mà khơng cần phải sử dụng phần mềm hỗ trợ khác Dưới tính in liệu thơng qua trình duyệt: Hình 3.18 In ấn liệu trực tuyến 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ A Kết luận Xây dựng hệ thống WebGIS tỉnh Cao Bằng đem lại nhiều ý nghĩa thực tiễn: - Chuẩn hóa lại liệu GIS tỉnh, thống tồn liệu GIS có tỉnh theo tiêu chuẩn quốc gia, giúp cho việc trao đổi liệu sở ban ngành tỉnh thuận lợi thông suốt - Xây dựng công tác quản lý đồ (quản lý theo không gian) cho tỉnh Cao Bằng, góp phần đẩy mạnh q trình tin học hóa quản lý nhà nước, đồng thời cung cấp thơng tin nhanh chóng, thuận lợi, thơng suốt đơn vị chức tỉnh với lãnh đạo tỉnh, xảy tình khẩn cấp (thiên tai, cháy rừng, dịch bệnh) WebGIS mang lại giải pháp chia liệu đối tượng người dùng việc xây dựng hệ thống phân cấp người sử dụng nhằm chia sẻ sở liệu phù hợp với loại đối tượng người sử dụng Bằng cách phân cấp này, chia sẻ phần sở liệu (ví dụ sở liệu đồ nền) đồng thời chia sẻ bảo mật sở liệu khác (ví dụ sở liệu chuyên đề) đối tượng khác Ngoài ra, việc bảo mật giúp đảm bảo an toàn cho sở liệu, lưu phục hồi sở liệu cần thiết Với hệ thống WebGIS tỉnh Cao Bằng, lợi ích đáng kể trình cập nhật số liệu diễn nhanh chóng, đồng từ cấp xã lên cấp tỉnh Ví dụ tiến độ xuống giống cho mùa màng, diễn biến chiến dịch tiêm chủng, diễn biến rừng, số lượng học sinh tiểu học v.v… cập nhật từ cấp xã theo dõi trực tuyến cấp tỉnh Khi xây dựng chuyển giao, hệ thống hoạt động lâu dài với chi phí thấp (chủ yếu chi phí đường truyền) giúp cho việc quản lý mặt đời sống kinh tế, xã hội tỉnh thông suốt từ cấp tỉnh đến cấp xã số thơng tin thơng báo trực tiếp cho người dân (ví dụ khu vực có nguy trượt lở, khu vực có nguy lũ quét, v.v…) tảng để phát triển thông tin không gian, thực 70 toán quản lý lãnh thổ lớn quản lý đất đai, quản lý rừng, ứng phó với thiên tai, biến đổi khí hậu v.v… B Kiến nghị Kết đề tài xây dựng sở khoa học phương pháp nghiên cứu ứng dụng mã nguồn mở, Web GIS để nghiên cứu xây dựng hệ thống thông tin địa lý WebGIS cho tỉnh Cao Bằng Tuy nhiên, để hệ thống hoạt động hiệu học viên có số kiến nghị sau đây: Cần tập trung thu thập chuẩn hóa thêm liệu, làm giàu liệu liệu dạng số thu thập phạm vi lãnh thổ tỉnh Cao Bằng hạn chế Đặc biệt liệu đồ Cần xây dựng hướng dẫn trợ giúp người dùng chi tiết, dễ hiểu nhằm đưa WebGIS Cao Bằng tới đông đảo đối tượng người sử dụng Đối với phận trực tiếp quản lý hệ thống cần đào tạo để vận hành hệ thống cách tốt nhất, tránh trường hợp sau bàn giao địa phương trì hệ thống Cần tiếp tục nghiên cứu đưa hướng mở cho hệ thống tích hợp thêm cơng cụ GIS, tốn mẫu…, giúp phục vụ tốt công tác quản lý, phát triển kinh tế địa phương 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO Võ Chí Mỹ (2005), Kỹ thuật mơi trường, giáo trình sau đại học, Đại học Mỏ Địa chất Hà Nội Võ Chí Mỹ (2009), Bài giảng xây dựng sở liệu GIS môi trường, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Hà Nội Nguyễn Hồng Phương, Đinh Văn Ưu (2007), Hệ thống thông tin địa lý(GIS) số, NXB Đại học quốc gia Hà Nội Nguyễn Ngọc Thạch, Phạm Việt Hòa, Nguyễn Vũ Giang (2013), Địa thông tin Nguyên lý ứng dụng, NXB Khoa học tự nhiên công nghệ Nguyễn Trường Xuân (2005), Bài giảng Hệ thông tin địa lý, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Hà Nội Trần Quốc Vương (2006), Nghiên cứu WebGIS phục vụ du lịch Luận văn thạc sĩ Hệ thống thông tin địa lý, Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Ewald Geschwinde and Hans-Juergen Schoening (2002), PHP and PostgreSQL Advanced Web Programming, Sams Publishing Jquery (2014), Home, http://jquery.com/ JSON (2014), Introducing JSON, http://json.org/ 10 Leaflet (2014), An Open-Source JavaScript Library for Mobile-Friendly Interactive Maps http://leafletjs.com/ 11 Mapbox (2014), Mapbox | Design and publish https://www.mapbox.com/ 12 PostgreSQL (2014), About, http://www.postgresql.org/ beautiful maps, ... phƣơng phƣơng pháp xây dựng WebGIS 39 2.5.1 Xây dựng WebGIS dựa tảng thƣơng mại .40 2.5.2 Xây dựng WebGIS sử dụng tảng mã nguồn mở 41 2.6 Quy trình thành lập WebGIS Cao Bằng 45 2.6.1... ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT - NGUYỄN MINH HIcẾU SỬ DỤNG MÃ NGUỒN MỞ XÂY DỰNG WEBGIS CHO TỈNH CAO BẰNG Ngành: Kỹ thuật trắc địa – đồ Mã số : 60520503 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG... Luận văn gồm phần: Mở đầu, chương, kết luận kiến nghị, trình bày 71 trang với 45 hình 14 bảng biểu Lời cảm ơn Luận văn thạc sỹ ? ?Sử dụng mã nguồn mở xây dựng WebGIS cho tỉnh Cao Bằng? ?? hoàn thành