ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ CÂY XANH Ở TRÀ VINH TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  CHUNG THIÊN TRÍ ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ GIS XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ CÂY XANH Ở TRÀ VINH Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60.48.01 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Đà Nẵng – Năm 2018 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN TẤN KHÔI Phản biện 1: PGS.TS PHAN HUY KHÁNH Phản biện 2: TS NGUYỄN THIỆN NGHĨA Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Khoa học máy tính Trường Đại học Bách khoa vào ngày 03 tháng 02 năm 2018 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa  Thư viện Khoa Công nghệ thông tin, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN -1MỞ Ầ TÍNH CẤP THIẾT VÀ LÝ DO CHỌN Ề TÀI Ngày với phát triển mạnh mẽ công nghệ thông tin nhiều lĩnh vực, công nghệ số nói chung bao gồm hệ thống thơng tin địa lý (GIS) cơng cụ hữu ích việc tích hợp hệ thống sở liệu gắn kết với đồ, tiến áp dụng rộng rãi nhiều nước phát triển Việc áp dụng hệ thống GIS vào lĩnh vực quy hoạch xây dựng giúp đổi mới, nâng cao hiệu công tác thiết kế, công cụ đắc lực cho ban, ngành, địa phương việc quản lý phát triển đô thị theo quy hoạch Tuy nhiên, GIS chưa thực tảng ứng dụng cho ngành bao gồm lĩnh vực quy hoạch quản lý đô thị Công tác lập đồ số hố cơng nghệ GIS triển khai chưa phát huy rõ hiệu thực tiễn, cần lộ trình định lượng khoa học cụ thể cho công tác ứng dụng công nghệ số GIS, đảm bảo kiểm soát lực hiệu công tác quy hoạch quản lý đô thị thời gian tới.[3][7] Cây xanh cung cấp số lợi ích như: làm không khí hấp thụ mùi loại khí gây nhiễm hạt lọc khỏi khơng khí cách giữ chúng vỏ chúng Cung cấp oxy, theo nghiên cứu nhà khoa học cho thấy: năm trưởng thành cung cấp đủ oxy cho 18 người Tạo bóng mát cho đường phố, thành phố công viên nhiệt độ trung bình trái đất tăng 3°C 50 năm phá rừng, nhiểm khơng khí từ khu cơng nghiệp tịa nhà cao tầng Cây xanh bảo tồn lượng trồng xanh xung quanh nhà gia đình mùa hè cắt giảm chi phí lắp máy điều hịa khơng khí, tiết kiệm dụng lượng lên đến 50%, điều quan nguồn lượng đất dần cạn kiệt người Cây xanh làm giảm lượng khí carbon dioxide khí thải nhiễm khác từ nhà máy, làm cho khơng khí lành hơn[1] Cây xanh làm -2giảm phơi nhiễm UV-B khoảng 50%, xanh thường trồng nhiều để mục đích bảo vệ cho học sinh, trẻ em trường học sân chơi – nơi mà trẻ em dành nhiều sinh hoạt trời Tiếp xúc với môi trường xanh cách để giảm mệt mỏi tinh thần Điểm mạnh GIS so với công nghệ khác khả gắn kết thông tin kể yếu tố không gian phục vụ phân tích truy cập theo yêu cầu GIS cơng nghệ kết hợp nhiều loại hình cơng nghệ (đồ họa máy tính, đồ trợ giúp máy tính, viễn thám,…), đặc biệt với khả phân tích, GIS coi cơng cụ trợ giúp đắc lực nay, hệ thống GIS ứng dụng nhiều ngành lĩnh vực: quy hoạch xây dựng, sử dụng đất, tài nguyên môi trường, giao thông vận tải, quan đo đạc đồ… Để bảo vệ xanh giới nói chung Nhà nước ta nói riêng có cơng cụ pháp lý luật, sách, thơng tư, nghị định… để cơng vụ pháp lý thực hiệu đòi hỏi phải có hỗ trợ cơng nghệ kĩ thuật Một công cụ quản lý môi trường phổ biến giới GIS-hệ thống thông tin địa lý Tuy nhiên Việt Nam năm gần GIS thực quan tâm phát triển Đề tài nhằm giới thiệu phổ biến rộng rãi công nghệ GIS cho lĩnh vực ngành tài nguyên môi trường Ở đề tài giới thiệu cụ thể việc quản lý xanh cơng cụ GIS Vì lý trên, tơi đề xuất chọn đề tài luận văn cao học: “Ứng dụng công nghệ GIS xây dựng hệ thống quản lý xanh Trà Vinh” MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu - Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GIS xây dựng hệ thống Website quản lý xanh Trà Vinh -32.2 Nội dung nghiên cứu - Tìm hiểu tổng quan GIS - Tìm hiểu thành phần chức GIS - Tìm hiểu điểm, đường thẳng, mặt phẳng, đường cong, hình khối - Tìm hiểu tình hình ứng dụng GIS Việt Nam - Xây dựng ứng dụng công nghệ GIS phục vụ quản lý xanh Trà Vinh ỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3.1 ối tƣợng nghiên cứu - Hệ thống thông tin địa lý GIS - Công nghệ WebGIS 3.2 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu hệ thống thông tin địa lý GIS xây dựng ứng dụng để quản lý xanh Trà Vinh PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4.1 Phƣơng pháp lý thuyết - Cơ sở lý thuyết GIS - Cơ sở lý thuyết mơ hình địa hình số - Cơ sở lý thuyết mơ hình bề mặt số - Ứng dụng công nghệ GIS phục vụ quản lý xanh 4.2 Phƣơng pháp thực nghiệm - Xây dựng sơ đồ dựa đồ thành phố Trà Vinh - Lập trình WebGIS ngơn ngữ PHP - Triển khai thử nghiệm với kịch mô -45 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 5.1 Ý nghĩa khoa học - Áp dụng lý thuyết GIS - Ứng dụng công nghệ GIS để quản lý xanh 5.2 Ý nghĩa thực tiễn - Phần lớn hệ thống thông tin địa lý xây dựng để ứng dụng cục để làm việc cho diện tích nhỏ Xây dựng ứng dụng quản lý xanh để bảo vệ xanh nhằm phục vụ cho người, mơi trường: cung cấp oxi, tạo bóng mát, ngăn ngừa nhiễm nước, giúp chống xói mịm đất… -5CHƢƠNG - TỔNG Q AN Ề TÀI 1.1 IỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI TỈNH TRÀ VINH 1.1.1 iều kiện tự nhiên 1.1.2 iều kiện Kinh tế - Xã hội 1.1.3 Tình hình quản lý xanh 1.2 HỆ THỐNG THÔNG TIN ỊA LÝ 1.2.1 Giới thiệu Hệ thống tin địa lý (Geographical Information System - GIS) nhánh cơng nghệ ngành CNTT hình thành vào năm 1960 phát triển rộng rãi 10 năm trở lại GIS công cụ máy tính để lập đồ phân tích đối tượng trái đất Công nghệ GIS kết hợp với thao tác sở liệu thông thường cấu trúc hỏi đáp phép phân tích thống kê, phân tích địa lý hình ảnh cung cấp từ đồ Những khả phân biệt GIS với hệ thống thông tin khác khiến GIS có phạm vi ứng dụng rộng nhiều lĩnh vực khác nhau: - Các dịch vụ khẩn cấp: công an, cứu quả… - Quản lý môi trường: theo dõi trạng, mơ hình hóa… - Thương mại: quản lý mạng lưới phân phối, khách hàng,… - Quản lý thị: giao thơng liên lạc, cấp nước… Giáo dục: nghiên cứu công cụ giảng dạy -6- Hinh 1.3 Các thành phần HTTĐL a Phần cứng: phần cứng HTTĐL xem phần cố định mà mắt thường dễ dàng thấy bao gồm máy tính thiết bị ngoại vi b Các thiết bị ngoại vi: bao gồm bàn số hóa, máy quét, máy in vẽ Các thiết bị kết nối với máy tính để thực việc nhập xuất liệu c Phần mềm: phần mềm sử dụng HTTĐL đa dạng nhiều hãng sản xuất khác nhau, phần mềm HTTĐL thường giống chức khác tên gọi Phần liệu: Phần liệu GIS bao gồm liệu không gian liệu phi không gian Với hệ thống thông tin phải hiểu rõ loại liệu khác lưu trữ chúng Dữ liệu thống kê gắn liền với tượng tự nhiên với mức độ xác khác Mỗi hệ GIS có cơng cụ lưu trữ liệu thuộc tính liệu không gian, việc kết nối logic hai loại thông tin quan trọng -7d Phần chuyên gia Trong GIS, phần người biết đến với tên gọi khác phần não hay phần sống hệ thống, người tham gia vào việc thiết lập, khai thác bảo trì hệ thống cách gián tiếp hay trực tiếp Có hai nhóm người quan trọng trực tiếp định tồn phát triển GIS người sử dụng người quản lý sử dụng GIS - Người sử dụng hệ thống: Nhiệm vụ chủ yếu họ số hóa đồ, kiểm tra lỗi, soạn thảo, phân tích liệu thơ đưa giải pháp cuối để truy vấn liệu địa lý - Thao tác viên hệ thống: Công việc họ sửa chữa chương trình bị tắt nghẽn cơng việc trợ giúp nhân viên thực phân tích có độ phức tạp cao - Nhà cung cấp GIS: người cung cấp phần mềm, cập nhật phần mềm đưa phương pháp nâng cấp cho hệ thống - Nhà cung cấp liệu: nhà nước hay tư nhân Thông thường công ty tư nhân cung cấp số liệu sửa đổi từ liệu quan nhà nước phù hợp với ứng dụng cụ thể - Người phát triển ứng dụng: người lập trình viên đào tạo, họ xây dựng giao diện người dùng làm giảm khó khăn thực thao tác cụ thể hệ thống GIS chuyên nghiệp - Chuyên viên phân tích hệ thống GIS: nhóm người chun nghiên cứu thiết kế hệ thống, phần lớn họ đội ngũ chuyên nghiệp có trách nhiệm xác định mục tiêu hệ GIS quan, hiệu chỉnh hệ thống điều chỉnh kỹ thuật, phân tích đắn, đảm bảo tích hợp tốt hệ thống 1.2.1.2 Chức GIS Với thành phần trên, HTTTĐL đảm đương số chức sau: -8- Nhập liệu - Quản lý liệu - Phân tích liệu - Xuất liệu 1.2.2 Công nghệ WebGIS GIS ứng dụng từ nhiều thập niên trước đây, trước ứng dụng hầu hết chạy máy tính đơn với máy tính cần thiết phải cài đặt module xử lý GIS (dưới dạng dll, hay ActiveX)…đều cản trở khả ứng dụng GIS rộng rãi 1.2.2.1 Kiến trúc hệ thống WebGIS Kiến trúc tầng WebGIS mơ tả bao gồm tầng trình bày, tầng giao dịch tầng liệu Request Response Hình 1.7: Mơ hình lớp kiến trúc WebGIS a Tầng trình bày: b Tầng giao dịch: c Tầng liệu: 1.2.2.2 Mơ hình triển khai WebGIS  Client side: dùng để hiển thị kết đến cho người dùng, nhận điều khiển từ người dùng tương tác với web server thơng qua trình duyệt web, trình duyệt web chủ yếu dùng mã HTML để định dạng, thêm vào vài plug-in, ActiveX mã applet nhúng vào trình duyệt để tăng tính tương tác với người dùng -10- Hình 1.12 Giải pháp OGC Sự đời đặc tả WMS OGC, Web Client Web Server định nghĩa theo giao thức WMS mà người sử dụng cần Web Client để truy cập vào ba Web Server khác nhau, tiết kiệm thời gian, chi phí sức lực Đặc tả WMS: WMS tài liệu mô tả cách thức Server đáp ứng yêu cầu cụ thể từ Client Khi Client Server thực thi đặc tả chúng cịn trao đổi với Web Feature Service (WFS): WFS tiêu chuẩn giao tiếp địa lý OGC WFS cung cấp tương tác nhờ giao diện cho phép yêu cầu độc lập đối tượng địa lý thông qua tảng Web Do người dùng yêu cầu liệu cách có chọn lọc để phục vụ cho nhu cầu Khái quát WFS: Đặc tả WFS định nghĩa giao diện để mô tả cho hoạt động thao tác với liệu đối tượng địa lý Các thao tác liệu bao gồm: -11- Lấy truy vấn đối tượng dựa ràng buộc không gian phi không gian - Tạo đối tượng địa lý - Xóa đối tượng địa lý - Cập nhật đối tượng địa lý 1.3 KẾT CHƢƠNG Trong chương giới thiệu tổng quan điều kiện tự nhiên, thực trạng xanh Trà Vinh Đồng thời làm rõ thêm số nội dung liên quan tới hệ thống thông tin địa lý, công nghệ WebGIS chuẩn dịch vụ đặc tả GIS tổ chức OGC sáng lập Từ thực trạng kiến thức tổng quan chương vận ứng dụng công nghệ GIS xây dựng hệ thống quản lý xanh trà vinh mang tính thiết thực hiệu -12CHƢƠNG - PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÝ CÂY XANH 2.1 MÔ TẢ BÀI TOÁN Bảng sau cho ta thấy trạng xanh thành phố Trà Vinh Bảng 2.1 Phân loại trạng xanh năm 2017 (Nguồn: Cơng ty cơng trình thị Trà Vinh) Số lƣợng Tỹ lệ (%) Loại I 4.238 30,95 Loại II 5.493 40,11 Loại III 1.341 9,79 Cây tạo hình 2.622 19,15 Tổng cộng 13.694 100 Loại 2.2 YÊU CẦU HỆ THỐNG Hệ thống WebGIS quản lý xanh nhằm mục đích giải yêu cầu sau: - Giúp cho người quản lý xanh tra cứu, xem thông tin xanh tuyến đường đô thị - Thống kê chuẩn loại, số lượng xanh tuyến đường toàn thành phố - Hỗ trợ theo dõi hồ sơ quản lý cho xanh dễ dàng, xác hơn, tìm vị trí xanh cần cắt tỉa nhanh chống việc sử dụng thông tin tọa độ chiết xuất từ hệ thống GIS - Hỗ trợ chức cập nhật thông tin xanh thêm xanh -13 Các yêu cầu phi chức năng: - Hệ thống triển khai website mạng internet - Người quản lý tra cứu thơng tin, xem thơng tin môi trường mạng internet - Thông tin thống kê phải đảm bảo tính xác theo chuẩn loại, theo trạng 2.3 PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 2.3.1 Xây dựng biểu đồ use case Dựa yêu cầu nêu biểu đồ use case tổng quát thiết kế sau: Hình 3.1 Biểu đồ use case tổng quát hệ thống quản lý xanh 3.3.2 Mô tả use case 3.3.3 Biểu đồ lớp -142.4 THIẾT KẾ CHỨC NĂNG HỆ THỐNG 2.4.1 Các biểu đồ 2.4.2 Biểu đồ lớp chi tiết Dựa biểu đồ pha phân tích, biểu đồ biểu đồ lớp chi tiết bổ sung thêm nhiều thuộc tính phương thức so với biểu đồ lớp pha phân tích Hình 2.13 Biểu đồ lớp thiết kế -152.4.3 Thiết kế chức 2.4.4 Biểu đồ triển khai Hình 2.18 Biểu đồ triển khai 2.5 KẾT CHƢƠNG Trong chương này, luận văn phân tích thiết kế số chức hệ thống WebGIS quản lý xanh thành phố Trà Vinh, phân tích ca sử dụng, tác nhân hệ thống, mơ tả use case, sơ đồ hoạt động, biểu đồ tuần tự, thiết kế riêng cho chức cuối biểu đồ triển khai hệ thống Trong chương tiếp theo, luận văn tiến hành xây dựng, thử nghiệm hệ thống đánh giá kết hoạt động hệ thống -16CHƢƠNG - XÂY DỰNG, THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG VÀ ÁNH GIÁ KẾT QUẢ HOẠT ỘNG CỦA HỆ THỐNG 3.1 CƠNG CỤ VÀ MƠI TRƢỜNG LẬP TRÌNH 3.2 XÂY DỰNG CÁC LỚP BẢNG Ồ 3.2.1 Quá trình số hóa đồ - Q trình đưa thơng tin từ đồ giấy gọi trình số hóa đồ, tức đưa số liệu từ đồ vào quản lý máy tính - Các tiêu chuẩn trình bày đồ cao yêu cầu đồ cao Đó yêu cầu không bị thông tin, yêu cầu thuộc tính, màu sắc, giá trị tiêu chuẩn đồ - Sử dụng ArcMap 10 để số hóa liệu đồ Việc số hóa đồ thực theo quy trình sau: Hình 3.1 Quy trình số hóa liệu đồ -17Bên cạnh q trình số hóa đồ đồng thời nhập liệu thuộc tính cho lớp đồ chẳng hạn lớp ranh giới hành như: mã phường, tên phường… Các liệu lưu lại với định dạng *.shp theo lớp chuyên đề Hình 3.2 Chuẩn hóa liệu đồ ArcMap 10 3.2.2 Các lớp liệu đồ Hình 3.3 Cấu trúc liệu khơng gian liệu thuộc tính -183.2.3 Mơ hình liệu lớp liệu đồ Các lớp liệu đồ số hóa xong chuyển vào hệ quản trị sở liệu PostgreSQL với phần hỗ trợ lưu trữ liệu không gian extention PostGIS 3.2.2 Kết nối liệu đồ đƣa liệu lên Geoserver 3.2.2.1 Kết nối liệu đồ 4.2.3.2 Công bố liệu đồ 3.3 KẾT Q Ả THỬ NGHIỆM Hệ thống WebGIS quản lý xanh thành phố Trà Vinh xây dựng triển khai theo mô hình triển khai hình 3.18 Sử dụng máy PC Dell Inspiron 1420, 2GB RAM, CPU 2Ghz cài đặt sau: - Máy chủ sở liệu: PostgreSQL extention PostGIS - Máy chủ Webserver: Tomcat Appache 7.0, Wamp server - Geoserver: Cung cấp dịch vụ đồ theo chuẩn OGC 3.3.1 Giao diện trang WEB Để vào hệ thống quản lý liệu, người quản trị cần cung cấp tên đăng nhập mật đăng nhập hệ thống Sau đăng nhập vào hệ thống, người quản trị cung cấp quyền thêm mới, chỉnh sửa xóa liệu hệ thống -19- Hình 3.5 Giao diện đăng nhập vào hệ thống quản lý 3.3.1 Thêm xanh tuyến đƣờng Hình 3.6 Thêm xanh tuyến đường -203.3.2 Cập nhật xanh tuyến đƣờng Hình 3.7 Cập nhật xanh tuyến đường 3.3.3 Tìm kiếm truy vấn liệu xanh Hình 3.8 Tìm kiếm truy vấn xanh -213.3.4 Khoảng cách xanh Hình 3.9 Khoảng cách xanh 3.3.4 Thống kê, báo cáo 3.3.4.1 Thống kê xanh trồng năm Hình 3.10 Số liệu thống kê xanh năm -223.3.4.2 Thống kê tỷ lệ xanh tuyến đường theo năm Hình 3.11 Thống kê tỷ lệ xanh tuyến đường 3.3.4.3 Thống kê theo trạng sinh trưởng xanh Hình 3.12 Thống kê trạng sinh trưởng xanh 4.4 ÁNH GIÁ KẾT Q Ả Đề tài tảng việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ WebGIS phục vụ quản lý xanh Trà Vinh -23+ Chức cập nhật xanh: Cho phép cán quản lý cập nhật trạng xanh, thêm xanh có trồng mới, xóa xanh có di dời sang nơi khác hoặc… + Tìm kiếm truy vấn: Với cơng nghệ GIS giúp cán quản lý có nhìn trực quan thiết thực, với chức cán quản lý cần tìm kiếm tra cứu thông tin liên quan tới xanh cách nhanh chống thuận tiện + Thống kê tỷ lệ xanh tuyến đường trạng sinh trưởng xanh tất tuyến đường, theo năm… 4.5 KẾT CHƢƠNG Trong chương luận án lựa chọn giải pháp công cụ để Xây dựng ứng dụng công nghệ GIS phục vụ quản lý xanh Trà Vinh tiến hành cài đặt thử nghiệm ứng dụng đạt kết mong đợi KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN KẾT QUẢ ẠT ƢỢC Với mục tiêu ứng dụng WebGIS để hỗ trợ công tác quản lý xanh, đề tài đạt kết cụ thể sau: Đề tài đạt yêu cầu đặt mặt lý thuyết ứng dụng vào thực tiển Về mặt lý thuyết, đề tài nghiên cứu tổng quan hệ thông tin địa lý cấu trúc hệ thống thông tin địa lý, công nghệ WebGIS kiến trúc triển khai ứng dụng WebGIS Về mặt thực tiển, đề tài ứng dụng lĩnh vực nghiên cứu từ xây dựng hệ thống WebGIS quản lý xanh địa bàn thành phố Trà Vinh Tạo sản phẩm giúp cho cán quản lý xanh giám xác thực trạng xanh tuyến đường -24thành phố Trà Vinh từ có hướng điều chỉnh cho phù hợp với thực trạng địa phương HẠN CHẾ Tuy nhiên, đề tài tồn số hạn chế như: o Tốc độ tải đồ tương đối chậm liệu có số liệu lớn o Dữ liệu xanh số hóa chuyển vào hệ quản trị liệu điểm xanh có sai lệch so với vị trí ban đầu o Chưa thực thống kê, phân tích liệu khơng gian thuộc tính o Hệ thống WebGIS quản lý xanh thành phố Trà Vinh xây dựng mức thử nghiệm chưa tìm hiểu sâu vấn đề bảo mật WebGIS chưa xác thực Geoserver thêm cập nhật xanh đồ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Cần tiếp tục nghiên cứu quản lý xanh Trà Vinh GIS phạm vi rộng (tỉnh) để đồng trình phân tích đánh giá lựa chọn biện pháp tác động mang tính tổng hợp hệ thống Với hệ thống WebGIS xây dựng mở rộng thêm quản lý nhiều lĩnh vực ngành nghề khác như: Giới thiệu điểm du lịch chùa khmer tỉnh Trà Vinh tản GIS Nghiên cứu thêm nhiều kỹ thuật nhằm tăng tốc độ hiển thị đồ hệ thống Nghiên cứu thêm vấn đề bảo mật hệ thống WebGIS triển khai ứng dụng thực tế hạn chế xâm nhập trái phép