Bài viết này trình bày một số đặc điểm cơ bản của UMN MapServer và vận dụng để xây dựng webGIS theo 4 mức độ từ thấp đến cao: (1) Hiển thị các lớp bản đồ trên trình duyệt web, (2) hiển thị dữ liệu và một số tương tác với bản đồ, (3) tùy biến nội dung từ một dự án webGIS hoàn chỉnh, (4) tự thiết kế ứng dụng webGIS; đồng thời đề xuất ý kiến nhằm nâng cao hiệu quả khai thác MNM GIS trong nghiên cứu và giảng dạy địa lí.
HNUE JOURNAL OF SCIENCE Social Sciences, 2021, Volume 66, Issue 2, pp 113-121 This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vn DOI: 10.18173/2354-1067.2021-0031 MÃ NGUỒN MỞ UMN MAPSERVER VÀ VẬN DỤNG XÂY DỰNG WEBGIS Nguyễn Thanh Xuân Khoa Địa lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Tóm tắt UMN MapServer máy chủ đồ mã nguồn mở có lịch sử lâu đời số lượng dự án lớn giới Sinh viên chuyên ngành địa lí sau trang bị kiến thức đồ hệ thống thông tin địa lí, ứng dụng mã nguồn mở MapServer để xây dựng webGIS Bài báo trình bày số đặc điểm UMN MapServer vận dụng để xây dựng webGIS theo mức độ từ thấp đến cao: (1) hiển thị lớp đồ trình duyệt web, (2) hiển thị liệu số tương tác với đồ, (3) tùy biến nội dung từ dự án webGIS hoàn chỉnh, (4) tự thiết kế ứng dụng webGIS; đồng thời đề xuất ý kiến nhằm nâng cao hiệu khai thác MNM GIS nghiên cứu giảng dạy địa lí Từ khóa: webGIS, mã nguồn mở, UNM MapServer, địa lí Mở đầu UMN MapServer (University of Minnesota MapServer) hay MapServer ứng dụng phía máy chủ giúp trình bày nguồn liệu thơng tin địa lí (GIS) hình ảnh đồ mơi trường web, khởi phát từ đại học Minnesota, Hoa Kỳ vào năm 1994, sau xuất Xerox PARC Map Viewer - đồ internet [1] MapServer nhanh chóng trở thành máy chủ đồ mã mở thành công với số lượng dự án lớn nhất, cộng đồng phát triển đơng đảo [2] MapServer có nhiều ưu điểm so với mã nguồn mở (MNM) GIS khác [3], cung cấp mơi trường phát triển ứng dụng GIS internet lại khơng có giao diện cấu hình [4] Để khai thác, vận dụng phát huy tiềm to lớn MapServer, người dùng cần trang bị kiến thức hệ thống (web, GIS, …), ngôn ngữ lập trình, hiểu đặc trưng vận hành MNM nói chung, MapServer nói riêng, cần hạ tầng cơng nghệ (máy tính, mạng internet,…), nhu cầu lực tự nghiên cứu,… Qua khảo cứu chương trình đào tạo ngành Sư phạm Địa lí số trường Đại học Sư phạm Hà Nội, Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh, Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên, Đại học Sư phạm - Đại học Huế, Đại học Vinh, Đại học Cần Thơ tác giả nhận thấy sinh viên chuyên ngành cung cấp kiến thức tảng đồ học hệ thống thơng tin địa lí Sinh viên tiếp xúc thực hành với phần mềm GIS hạ tầng thiết bị tương đối đại - trường hợp Khoa Địa lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Đây lợi sở để sinh viên tiếp cận MNM MapServer nhằm thực nghiên cứu phát triển ứng dụng liên quan đến webGIS Tuy nhiên, cơng trình khoa học liên quan đến MNM GIS nói chung, MapServer nói riêng sinh viên cơng bố cịn tương đối ỏi, đa số sinh viên ngành kinh tế, kỹ thuật, lâm nghiệp, cơng nghệ thơng tin Ngun nhân chương trình giảng dạy hệ thống thơng tin địa lí nhiều trường Ngày nhận bài: 28/3/2021 Ngày sửa bài: 12/4/2021 Ngày nhận đăng: 25/4/2021 Tác giả liên hệ: Nguyễn Thanh Xuân Địa e-mail: mrthanhxuan@gmail.com 113 Nguyễn Thanh Xuân sư phạm chưa có quan tâm thỏa đáng MNM GIS; thân sinh viên chưa xác định khả ứng dụng chúng chưa định vị thân việc sử dụng chúng Bài báo tập trung phân tích số đặc điểm bản, khả mức độ vận dụng MapServer xây dựng webGIS nhằm giúp sinh viên ngành sư phạm địa lí có thêm hướng học tập, nghiên cứu lĩnh vực ứng dụng GIS Đồng thời, tác giả đề xuất gợi ý việc tích hợp MapServer MNM GIS nói chung vào chương trình giảng dạy GIS Nội dung nghiên cứu 2.1 Một số đặc điểm MapServer MapServer sử dụng chuẩn giao tiếp CGI (Common Gateway Interface) để giao tiếp với thành phần webserver nên gọi ứng dụng MapServer CGI Ngoài ra, nhiều ứng dụng biên dịch để dùng ngơn ngữ kịch (script) truy suất hàm API (Application Programming Interface) MapServer Kiến trúc webGIS dùng MapServer thường gồm phần (hình 1): phía máy chủ bao gồm liệu lấy từ kho liệu dịch vụ liệu, máy chủ web máy chủ đồ; phía máy khách định dạng hình ảnh thuộc tính liệu hiển thị trình duyệt [5], [6] Hình Kiến trúc ứng dụng dùng MapServer Ứng dụng MapServer CGI gồm thành phần chính: Webserver (Apache/IIS); CGI chương trình mapserver (mapserv); Mapfile - file text điều khiển cách tương tác với liệu; Template file - định dạng kết hiển thị cửa sổ trình duyệt; Dữ liệu GIS trình duyệt web Nguyên lý hoạt động ứng dụng sau: trước tiên trình duyệt phía người dùng hiển thị template file dạng trang HTML; người dùng thao tác web thực chất gửi yêu cầu tới CGI thông qua template file; CGI xử lý yêu cầu cách sử dụng thông số (parameter) truyền qua template file cấu hình Map file; sau tải lên liệu từ Data stores để tạo đồ; cuối CGI gửi trả lời đồ tới trình duyệt cho người dùng thông qua template file Mã nguồn MapServer viết ngơn ngữ C, biên dịch để thực thi nhiều môi trường hệ điều hành khác nhau, hỗ trợ định dạng liệu phong phú, sẵn sàng tích hợp chuẩn mở quốc tế chuẩn OGC (The Open Geospatial Consortium) Việc cài đặt MapServer tương đối dễ dàng tốc độ xử lí nhanh chóng Điều đặc biệt, MapServer 114 Mã nguồn mở UMN MapServer vận dụng xây dựng WebGIS hỗ trợ nhiều công cụ phát triển ứng dụng WebGIS hãng thứ ba (ví dụ: Gmap, Chameleon, P.Mapper ) Map file - dạng tập tin văn (text) có cấu trúc, mang đặc trưng riêng MapServer (hình 2) Map file định nghĩa đối tượng thuộc tính, quy định hình thức trình bày liệu đồ web [4], [5] Tạo lớp thông qua gọi liệu đồ Đối tượng gốc, bắt đầu Mapfile Quản lí tương tác với templatefile Hình Các đối tượng thuộc tính Map file Map file cấu trúc thành khối mã (block code), mở đầu MAP, kết thúc END, đối tượng thuộc tính định nghĩa khối gốc trình bày bắt đầu tên đối tượng kết thúc END (xem ví dụ dưới) MAP WEB … END LAYER… END END Các đối tượng quan trọng gồm: LAYER (các lớp liệu); WEB (cấu hình tương tác với tệp mẫu web); SYMBOL (định dạng ký hiệu); LEGEND (định dạng giải); SCALEBAR (định dạng thước tỉ lệ); REFERENCE (khai báo hình ảnh tham chiếu đồ); QUERYMAP (định dạng kết truy vấn); OUTPUT FORMAT (định dạng kết đầu ra); PROJECTION (khai báo hệ quy chiếu đồ) Mỗi đối tượng có nhiều thuộc tính chi tiết (Hình 2) 115 Nguyễn Thanh Xuân Một số thuộc tính đồ định nghĩa trực tiếp, không sử dụng khối mã gồm: NAME (tên đồ, CGI sử dụng tạo ảnh đồ tạm thời); UNIT (đơn vị đo lường đồ); EXTENT (giới hạn phạm vi liệu đồ); SIZE (kích cỡ ảnh đồ); SHAPEPATH (thư mục chứa liệu); IMAGECOLOR (màu đồ, dạng RGB); FONTSET (đường dẫn tên file chứa dạng font sử dụng); SYMBOLSET (đường dẫn tên file chứa định dạng ký hiệu sử dụng); CONFIG (đường dẫn tới file lưới chiếu nằm thư viện hệ quy chiếu) (xem ví dụ dưới) MAP NAME 'tinh' SIZE 800 800 UNITS meters EXTENT 503592.853266 2338206.176716 611593.717151 2386821.387175 SHAPEPATH " /data" IMAGECOLOR 255 255 255 FONTSET './fonts/fonts.txt' SYMBOLSET './symbols.txt' CONFIG 'PROJ_LIB' 'C:\/ms4w\/Apache\/htdocs\/proj\/nad' … END Map file có vai trị đặc biệt quan trọng ứng dụng webGIS sử dụng MapServer, định thành phần, bố cục, nội dung hình thức trình bày liệu đồ Sinh viên từ hiểu thành thạo, làm chủ Map file để vận dụng MapServer mức độ khác 2.2 Các mức độ vận dụng Mức độ Căn vào đặc điểm MapServer, tác giả nhận thấy khả khai thác vận dụng nhiều mức độ khác việc xây dựng webGIS Khó Hiển thị đồ tĩnh trình duyệt web Hiển thị đồ số tương tác đơn giản Cải tiến từ dự án webGIS mã nguồn mở có sẵn Tự thiết kế webGIS tương tác đa Dễ Thao tác Đơn giản Phức tạp Hình Các mức độ vận dụng MapServer xây dựng webGIS 116 Mã nguồn mở UMN MapServer vận dụng xây dựng WebGIS Có mức độ (Hình 3) xếp theo chiều tăng dần mức độ từ dễ đến khó tương quan với thao tác từ đơn giản đến phức tạp gồm: Mức độ 1: hiển thị đồ tĩnh trình duyệt web, khơng có tương tác với đồ, sinh viên cần thao tác với Map file sử dụng ngôn ngữ HTML để viết template file đơn giản Mức độ 2: hiển thị đồ web thực số tương tác đơn giản như: phóng to, thu nhỏ, truy vấn thơng tin thuộc tính; sinh viên cần gọi thêm số hàm chức MapServer template file Mức độ 3: sử dụng mã mở dự án có sẵn (thường ứng dụng hãng thứ 3) sau cấu hình lại Map file, template file cho phù hợp với liệu, chí sinh viên có hiểu biết lập trình web tùy biến dự án thành sản phẩm riêng có giao diện thơng qua xử lý file js css, kết webGIS hoàn chỉnh, có đầy đủ chức bản, khả tương tác với liệu đồ tốt Mức độ dành cho sinh viên có tảng công nghệ thông tin khả tự nghiên cứu, lẽ, để tự lập trình ứng dụng webGIS, bên cạnh việc thao tác với Map file, template file, phải hiểu kiến trúc webGIS, nguyên lý hoạt động, hệ quản trị sở liệu ngơn ngữ lập trình Tác giả tiến hành thực demo tương ứng để minh họa cho mức độ vận dụng Hình Kết demo mức độ Map file Trong demo 1, tác giả sử dụng Map file để định dạng đồ Việt Nam gồm lớp liệu: tỉnh, thành phố Việt Nam, thủy văn giao thông (đường đường sắt), template file cấu hình đơn giản để gọi CGI MapServer hiển thị kích cỡ đồ Kết Hình (trái), ảnh đồ dạng tĩnh, khơng có tương tác web Map file tiếp tục đóng vai trò quan trọng demo 2, đồ gồm lớp liệu: tỉnh, thành phố dạng vùng, ranh giới huyện, xã dạng đường, giao thông dạng đường trung tâm hành tỉnh dạng điểm Template file phức tạp so với demo 1, bao gồm đoạn mã gọi function (hàm chức năng) MapServer phóng to, thu nhỏ, di chuyển đồ, truy vấn thuộc tính lớp nhiều lớp (Hình 5) Với lớp liệu phải tạo template file riêng để định dạng kết truy vấn dạng bảng, xác định trường thơng tin thuộc tính cung cấp cho người dùng 117 Nguyễn Thanh Xuân Hình Kết demo mức độ phần template gọi chức MapServer Hình Kết demo mức độ cấu hình giao diện web P.Mapper Trong demo 3, tác giả sử dụng mã nguồn mở P.Mapper để xây dựng ứng dụng webGIS Map file đóng vai trị định dạng đồ, nhiên cấu hình giao diện web khơng cịn trực tiếp qua template file mà thực thơng qua config_default.xml [7] (Hình 6, bên phải) Dữ liệu đồ lớp đồ hành tỉnh Sơn La WebGIS hoạt động tốt với đầy đủ chức năng: phóng to, thu nhỏ, di chuyển, đổi tỉ lệ, truy vấn, xuất đồ, quản lý lớp, thay đổi dạng hiển thị đối tượng, đồ tham chiếu phạm vi,… Kết vượt mong đợi sinh viên không chuyên lập trình 118 Mã nguồn mở UMN MapServer vận dụng xây dựng WebGIS Hình Kết demo mức độ đoạn mã kết nối liệu với PostgreSQL Map file Tự viết ứng dụng webGIS q trình khó khăn khác biệt so với mức độ Sinh viên phải tự tìm, tự đọc, tự code trợ giúp loại tài liệu internet Demo tác giả sử dụng ngơn ngữ lập trình PHP, sử dụng thư viện javaScript Openlayer, Ext GeoExt [8] Dữ liệu hành tỉnh Vĩnh phúc quản lý PostgreSQL Map file cấu hình lớp đồ khai báo lệnh kết nối liệu với PostgreSQL (Hình 7) Dữ liệu biến file PHP, sử dụng CGI MapServer để sinh đồ từ Map file (ví dụ đây) var tinh = new OpenLayers.Layer.WMS( "Tỉnh", "http://localhost:8081/cgi-bin/mapserv.exe?map=C:/ms4w/apps/demo3/mapfile/tinh.map", { layers: 'tinh', transparent: "true"} ); map.addLayers([tinh]); Sản phẩm có đủ chức webGIS, mức độ hoàn chỉnh chưa demo tái sử dụng dự án mã mở có sẵn, đổi lại, tự phát triển thêm chức theo khả nhu cầu 2.3 Kết thảo luận Các mức độ vận dụng phân chia dựa vào tiêu chí: khối lượng công việc/thao tác thực hệ thống, đồng nghĩa với hiểu biết, kiến thức vấn đề cần giải quyết; hai chức năng/chất lượng sản phẩm webGIS Các mức độ coi bảng tham chiếu để sinh viên tự xác định nhu cầu khả thân nghiên cứu GIS webGIS Từ tự xây dựng lộ trình tự học, tự nghiên cứu để trang bị trau dồi kiến thức cần thiết, liên quan như: web, sở liệu, hệ quản trị sở liệu, ngơn ngữ lập trình, MNM,… Mức độ khả ứng dụng không cao, chủ yếu trình bày kết Mức độ phù hợp với phần lớn nhu cầu khả sinh viên Mức độ thử thách khơng dễ dàng, thích hợp với sinh viên có tảng tương đối vững công nghệ thông tin Các demo webGIS giúp sinh viên hình dung cách xác thực 119 Nguyễn Thanh Xn kết đầu cơng trình nghiên cứu, đơi trở thành động lực tích cực để khuyến khích sinh viên vốn dự lựa chọn định chấp nhận thử thách mức độ cao (từ mức độ chuyển thành mức độ 3, từ lên 4) Đồng thời, thông qua lựa chọn sinh viên, người dạy có tranh phân hóa trình độ người học, từ có chiến lược hướng dẫn, động viên, trợ giúp cho sinh viên cách hiệu Các MNM GIS ngày phát triển đa dạng với cộng đồng trợ giúp rộng lớn mạnh mẽ toàn giới, đáp ứng hầu hết yêu cầu tương tự sử dụng phần mềm thương mại, có quyền Do đó, sở giáo dục đào tạo chun ngành địa lí nên có lộ trình để đưa MNM GIS vào giảng dạy cho sinh viên, dần thay ứng dụng GIS desktop thương mại sử dụng Mapinfo, ArcGIS, … WebGIS hướng nghiên cứu GIS ngày khẳng định vị bối cảnh cách mạng 4.0 Sinh viên sư phạm địa lí nghiên cứu GIS trình bày cơng bố kết nghiên cứu web thay dần cho đồ giấy truyền thống sử dụng linh hoạt, tự xây dựng ứng dụng giảng dạy địa lí thơng qua webGIS trở thành giáo viên hệ 4.0 Điều hồn tồn khả thi cập nhật, cải tiến chương trình đào tạo GIS có cách bản, đồng Việc tiến hành cần cẩn trọng bước để đạt hiệu bền vững, theo tác giả: trước hết cần có đầu tư để nâng cao trình độ lực lượng giảng viên giảng dạy GIS trường Đại học Sư phạm thông qua khóa tập huấn, đào tạo, trao đổi chuyên gia ngồi nước để cập nhật phương pháp cơng nghệ Bổ sung chuyên đề MNM GIS chương trình đào tạo trình độ thạc sĩ địa lí ngành đồ GIS Trong giai đoạn đầu, sở đào tạo mời thỉnh giảng chuyên gia lĩnh vực Về đào tạo sinh viên, MNM GIS đưa vào giảng dạy thức, thay ứng dụng GIS thương mại Các nội dung chuyên sâu như: webGIS với MapServer, lập trình ứng dụng với MNM GIS,… xây dựng thành học phần tự chọn mở rộng Trước mắt, nên dành thời lượng thích hợp giảng dạy học phần Bản đồ, GIS bản, GIS ứng dụng để tích hợp giới thiệu webGIS MNM GIS nhằm cập nhật kiến thức, mở rộng định hướng nghiên cứu cho sinh viên Kết luận Với vai trị máy chủ đồ mơi trường phát triển ứng dụng webGIS MNM, MapServer có khả đáp ứng đầy đủ nhu cầu trình độ sinh viên Ở chiều ngược lại, sinh viên ngành sư phạm địa lí cần xây dựng lộ trình học tập nghiên cứu nghiêm túc, cụ thể để khai thác, vận dụng có hiệu MapServer để xây dựng ứng dụng webGIS; đồng thời đặt yêu cầu đổi mới, cải tiến, cập nhật phương pháp, nội dung chương trình giảng dạy giảng viên sở đào tạo Các ý kiến đề xuất tác giả vào thực tế triển khai có hiệu khoa Địa lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bert Veenendaal, Maria Antonia Brovelli, Songnian Li, 2017 “Review of Web Mapping: Eras, Trends and Directions” International Journal of Geo-Information, 6, 317; doi:10.3390/ijgi6100317 [2] Paul Ramsey, 2007 The state of Open source GIS FOSS4G 2007 Conference, Vancouver, BC, Canada [3] Mohammad Akbari, 2014 “Seyed Reza Hashemi Peikar, Evaluation of Free/Open Source Software Using OSMM Model, Case Study: WebGIS and Spatial Database” Advances in Computer Science: an International Journal, Vol.3, Issue 5, No.11, pp.34-43 120 Mã nguồn mở UMN MapServer vận dụng xây dựng WebGIS [4] Paul Ramsey, 2009 Mapserver: a completely unbiased overview, FOSS4G 2009 Conference, Sydney, Australia [5] The Mapserver Team, Mapserver Documentation, release 7.6.2, 2020 [6] Harpinder Singh, Dheeraj Gambhir, 2014 “An Open Source Approach to Build a Web GIS Application” International Journal of Computer Science And Technology, Vol 5, Issue 1, pp.50-52 [7] Luana Valentini, 2011 Development of a p.mapper - based webGIS Geomatica.como.polimi.it, vol [8] Nguyễn Tá Nam, 2016 Lập trình webGIS MapServer sử dụng PHP/PostgreSQL Hà Nội ABSTRACT UMN mapserver and application to building webGIS Nguyen Thanh Xuan Faculty of Geography, Hanoi National University of Education UMN MapServer is one of the open source map servers with long history and the largest number of projects in the world When having acquired basic knowledge of Cartography and Geographic Information Systems geography students can use open source as MapServer to build webGIS This paper presents some key features of UMN MapServer and the way to handle it to create webGIS at four levels from lower to higher: (1) display map layers on the web browser, (2) display data and some interact with the map, (3) customize the content from a complete webGIS project, (4) self-design webGIS application Some suggestions and propositions to enhance the effectiveness of using open source GIS in research and teaching geography are stated Keywords: webGIS, open source, UMN MapServer, geography 121 ... án webGIS mã nguồn mở có sẵn Tự thiết kế webGIS tương tác đa Dễ Thao tác Đơn giản Phức tạp Hình Các mức độ vận dụng MapServer xây dựng webGIS 116 Mã nguồn mở UMN MapServer vận dụng xây dựng WebGIS. .. cài đặt MapServer tương đối dễ dàng tốc độ xử lí nhanh chóng Điều đặc biệt, MapServer 114 Mã nguồn mở UMN MapServer vận dụng xây dựng WebGIS hỗ trợ nhiều công cụ phát triển ứng dụng WebGIS hãng... viên khơng chun lập trình 118 Mã nguồn mở UMN MapServer vận dụng xây dựng WebGIS Hình Kết demo mức độ đoạn mã kết nối liệu với PostgreSQL Map file Tự viết ứng dụng webGIS q trình khó khăn khác