1.4.1. Tìm hiểu về WebGIS
Ngày nay, tính ƣu việt của công nghệ GIS đang đƣợc các nhà khoa học ở nhiều lĩnh vực quan tâm nghiên cứu và phát triển. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của hệ thống mạng máy tính toàn cầu Internet, các chuyên gia bắt đầu quan tâm đến sự kết hợp công nghệ GIS và công nghệ Web, hay còn gọi là WebGIS nhằm phát huy những
28
thế mạnh của công nghệ GIS thông qua nền tảng Web. Nói cách khác, nhờ vào WebGIS mà ta có thể sử dụng những tính năng của một hệ GIS thực thụ và có thể thực hiện việc chia sẻ thông tin một cách tiện lợi và dễ dàng. Do đó có thể nói công nghệ WebGIS ra đời là một nhu cầu tất yếu của khoa học.
Việc tìm hiểu các dịch vụ WEB cho ứng dụng GIS và xây dựng ứng dụng minh họa khai thác dịch vụ không chỉ là một yêu cầu mang tính khoa học của ngành Công nghệ thông tin mà còn là đòi hỏi chân chính thực tiễn đời sống trong bối cảnh toàn cầu hóa.
Sự ra đời của các WebGIS đánh dấu một bƣớc phát triển trong ngành GIS. Trƣớc đây, các dữ liệu GIS có đƣợc từ nhiều nguồn và đƣợc định dạng dƣới nhiều format khác nhau. Ngƣời sử dụng luôn gặp phải những khó khăn trong vấn đề khai thác sử dụng, đặc biệt là tính tƣơng thích của dữ liệu và giá thành của các phần mềm, mà trƣớc hết là chi phí đắt đỏ của cơ sở dữ liệu. Nhƣ ta đã biết, chi phí hao tổn cho một bộ cơ sở dữ liệu ban đầu có thể gấp 5 -10 lần chi phí cho các phần mềm và phần cứng. Mặt khác, ta cần đề cấp đến vấn đề chi phí bản quyền và độc quyền của các nhà phân phối phần mềm, và vấn đề cập nhật các dữ liệu đó. Thật sự, chi phí cao là một rào cản lớn nhất cho sự phát triển rộng rãi của GIS.
Công nghệ WebGIS ra đời đã góp phần khắc phục những trở ngại trên. WebGIS ra đời trên cơ sở chia sẻ thông tin qua hệ thống mạng Internet. Thay vì nhƣ trƣớc đây dữ liệu bị dồn lại một nơi và xử lý tập trung thì giải pháp dịch vụ WebGIS lại đi theo con đƣờng xử lý phân tán. Mọi thông tin yêu cầu và đáp ứng đuợc gửi đi và trả về đều thông qua Internet. Điều này cũng có nghĩa là rào cản khoảng cách cũng nhƣ chi phí đã đƣợc giảm rõ rệt. Việc tích hợp công nghệ GIS và Internet đã tạo ra cơ hội để mọi ngƣời đều có thể sử dụng dữ liệu và các chức năng của GIS mà không cần phải cài đặt bất cứ phần mềm GIS chuyên dụng nào.
Vậy WebGIS là gì?
WebGIS đƣợc xem nhƣ là một hệ thống thông tin địa lý đƣợc phân bố qua môi trƣờng mạng máy tính để tích hợp, phân phối và truyền tải thông tin địa lý trực diện trên World Wide Web thông qua Internet.
Trong cách thực hiện nhiệm vụ phân tích GIS, dịch vụ này gần giống nhƣ cấu trúc Client – Server của Web. WebGIS còn đƣợc biết đến với nhiều tên gọi khác nhau theo các chức năng khác nhau nhƣ:
- Geodata server: quản lý dữ liệu.
- Map Server: quản lý và hiển thị dữ liệu.
- Online Retrieval System: quản lý, hiển thị và truy vấn dữ liệu. - Online GIS: quản lý, hiển thị, truy vấn và phân tích GIS.
29
- GIS Function Server: hiển thị, truy vấn và phân tích GIS.
Và hệ quả là các dịch vụ cung cấp từ hệ thống WebGIS rất đa dạng nhƣ sau: - Map Server: dữ liệu đồ họa, chủ yếu để ngƣời xem sử dụng bản đồ trực tuyến. - Online Retrieval System: dữ liệu thô, đồ họa và các báo cáo; thƣờng đƣợc dùng trong các nghiệp vụ nhà đất, quản lý, cơ sở hạ tầng.
- Online GIS: dữ liệu thô, đồ họa, các báo cáo và hàm xử lý, hỗ trợ tối đa ngƣời dùng.
- GIS Function Server: chủ yếu là các hàm xử lý và một trong các chức năng nhƣ cung cấp dữ liệu thô, cung cấp dữ liệu đồ họa hoặc các báo cáo.
1.4.2. Sơ đồ hoạt động của WebGIS.
Hình 1.23: Sơ đồ hoạt động của WebGIS
Khi có yêu cầu phát sinh, Client gửi yêu cầu đến WebServer, các thông tin sẽ đƣợc chuyển đến Application Server (đƣợc tích hợp trong Web Server). Nếu các yêu cầu có liên quan đến bản đồ thì Application Server sẽ chuyển yêu cầu đến Map Server. Tại đây, yêu cầu sẽ đƣợc phân loại và tùy thuộc vào loại yêu cầu mà MapServer gọi đến chƣơng trình thực thi để thực hiện. Nếu các yêu cầu liên quan đến thông tin thuộc tính thì sẽ đƣợc Application Server tham chiếu vào Data Server để lấy dữ liệu trong Hệ quản trị cơ sở dữ liệu.
Trong quá trình truy cập, chƣơng trình thực thi tham chiếu đến tệp tin cấu hình bản đồ (config_mapfile), dữ liệu lấy về sẽ đƣợc chuyển về Web server, Web Server tham chiếu đến tệp tin mẫu (html template) để tạo ra kết quả. Kết quả sẽ đƣợc gửi về Client hiển thị trên các Web Browser (Internet Explorer, Mozilla Firefox ..). Chu trình cứ thế tiếp tục.
1.4.3. Tổng quan kiến trúc công nghệ WebGIS 1.4.3.1. Kiến trúc WEBGIS 1.4.3.1. Kiến trúc WEBGIS
30
Hình 1.24: Sơ đồ kiến trúc 3 tầng của WebGIS (3-tier)
Bất cứ công nghệ webGIS nào cũng phải thỏa mãn trƣớc hết kiến trúc 3-tier (xem hình 1.24) thông dụng của một ứng dụng web. Tùy thuộc vào từng công nghệ riêng biệt của từng hãng mà chúng có khả năng phát triển, mở rộng thành kiến trúc đatầng n-tier hay không. Kiến trúc 3-tier đƣợc mô tả nhƣ sau:
Chúng gồm 3 thành phần cơ bản đại diện cho 3 tầng:
1.4.3.1.1. Client (Presentation tier: tầng trình bày)
Thông thƣờng đơn thuần là một browser nhƣ Internet Explorer, Mozilla Firefox, Opera… để mở các trang web theo URL định sẵn. Các ứng dụng client có thể là một website, applet, flash... đƣợc viết bằng các công nghệ chuẩn mà W3C đã chứng thực. Các client đôi khi cũng là một ứng dụng desktop tƣơng tự nhƣ phần mềm MapInfo, ArcMap…
1.4.3.2. Application Server (Business Tier: tầng ứng dụng)
Thƣờng đƣợc tích hợp trong một webserver nào đó, ví dụ nhƣ Tomcat Apache, Internet Information Server. Đó là một ứng dụng phía server, nhiệm vụ chính của nó thƣờng là tiếp nhận các yêu cầu từ client, lấy dữ liệu từ cơ sở dữ liệu theo yêu cầu client và trả (reponse) kết quả về theo yêu cầu. Tùy theo dạng client mà kết quả trả về khác nhau: có thể là một hình ảnh dạng bitmap (jgeg, gif, png) hay dạng vector đƣợc mã hóa nhƣ SVG, KML, GML,...Một khi dạng vector đƣợc trả về thì việc trình bày hình ảnh bản đồ đƣợc đảm nhiệm bởi Client (ta gọi là thick client), thậm chí client có thể xử lý một số bài toán về không gian. Thông thƣờng các yêu cầu và kết quả trả về đều theo chuẩn HTTP POST hoặt GET. Nếu theo công nghệ Web Service thì chúng có thể đƣợc mã hóa các thông điệp bằng các định dạng XML.
31
Là nơi lƣu trữ các dữ liệu địa lý bao gồm cả các dữ liệu không gian và phi không gian. Các dữ liệu này đƣợc quản trị bởi hệ quản trị cơ sở dữ liệu nhƣ ORACLE, MS SQL SERVER, ESRI SDE, POSTGRESQL,… hoặc là các file dữ liệu dạng flat nhƣ shapefile, tab, XML… Các dữ liệu này đƣợc thiết kế, cài đặt và xây dựng tùy theo quy trình đặc thù của từng cá thể hay tổ chức. Tùy theo quy mô và yêu cầu của hệ thống mà tổ chức chọn lựa công nghệ quản trị cơ sở dữ liệu cho phù hợp.
Kiến trúc 3-tier là kiến trúc phổ cập nhất dành cho các ứng dụng web, tuy nhiên trong thực tế nhằm để giải quyết các vấn đề, chúng ta đòi hỏi cần phải kết nối, trao đổi nhiều thành phần của hệ thống lại với nhau hoặc giữa các hệ thống với nhau để có thể đƣa cho ngƣời sử dụng những thông tin hữu ích nhất có thể có. Với nhu cầu đó, kiến trúc 3-tier sẽ trở nên không linh hoạt và nặng nề trong vận hành. Trong bối cảnh nhƣ vậy các kiến trúc n-tier sẽ đƣợc phát triển và mở rộng cho các hệ thống thông tin.
Kiến trúc n-tier thƣờng đƣợc áp dụng trong các hệ thống phân tán. Khái niệm phân tán ở đây không ám chỉ về mặt địa lý mà chỉ nói đến các hệ thống độc lập nhƣng có khả năng kế hợp với nhau thành một hệ thống lớn hơn. Tính phân tán của hệ thống chỉ có thể là phân tán các ứng dụng hoặc cơ sở dữ liệu.
Hình 1.25: Kiến trúc n-tier giữa các hệ thống
Để thực hiện một yêu cầu của ngƣời sử dụng, hệ thống theo kiến trúc n-tier cần phải truy cập, trao đổi thông điệp (message) và xử lý qua nhiều tầng Application của nhiều hệ thống hay thành phần khác nhau. Trong nhiều mô hình khác, kiến trúc n- tiercòn đƣợc thể hiện thông qua sự tƣơng tác trực tiếp của client với nhiều hệ thống.
32
Kiến trúc n-tier này hiện đang phát triển rất mạnh song song với phát triển các công nghệ khác, đặc biệt là công nghệ Webservice theo SOA (Serviced-Oriented Architecture).
Một trong những minh chứng cụ thể là sự bùng nổ các website dựa trên các dịch vụ của Google và các website GIS theo chuẩn mở OGC (Open Geospatial Consortium).
Hình 1.26: Kiến trúc n-tier tương tác giữa Client và các hệ thống
Thuật ngữ Mashup cũng đƣợc xuất phát từ đây, có nghĩa là một website sử dụng nhiều nội dung từ các hệ thống khác nhau. Sức hấp dẫn của kiến trúc này là các tổ chức có thể tận hƣởng các nguồn dữ liệu mà mình không thể làm đƣợc để áp dụng vào các ứng dụng với các dữ liệu riêng của mình.
1.4.3.2. Chức năng WebGIS
WebGIS có rất nhiều chức năng nhƣng thƣờng ta chỉ quan tâm đến hai chức năng chính là chức năng hiển thị và chức năng phân tích và thiết kế.
* Chức năng hiển thị:
- Hiển thị toàn bộ các lớp bản đồ. - Hiển thị các lớp bản đồ theo tùy chọn.
33
- Thay đổi tỉ lệ hiển thị bản đồ (phóng to, thu nhỏ). - Di chuyển khu vực hiển thị.
- Hiển thị thông tin về đối tƣợng cụ thể. - In bản đồ.
* Chức năng phân tích và thiết kế
- Thực hiện việc tìm kiếm các dữ liệu phù hợp với yêu cầu.
- Chỉnh sửa đối tƣợng sẵn có thông tin về màu sắc thông qua 1 chuẩn bản đồ. - Tạo bản đồ chuyên đề.
1.4.3.3. Ứng dụng của WebGIS
a. Thống kê và quản lý kinh tế - xã hội - Thống kê, quản lý dân số
- Quản lý mạng lƣới giao thông (đƣờng thủy – đƣờng bộ) - Thống kê, quản lý mạng lƣới y tế, giáo dục
- Điều tra và quản lý hệ thống cơ sở hạ tầng b. Quản lý rừng
- Theo dõi sự thay đổi của rừng - Phân loại rừng
- Nghiên cứu tình trạng xói mòn đất.
c. Nghiên cứu hỗ trợ các chƣơng trình quy hoạch phát triển
- Đánh giá khả năng thích nghi của cây trồng, vật nuôi và động vật hoang dã. - Định hƣớng và xác định các vùng phát triển tối ƣu trong sản xuất nông nghiệp.
- Hỗ trợ quy hoạch và quản lý các vùng bảo tồn thiên nhiên.
- Đánh giá khả năng và định hƣớng quy hoạch các vùng đô thị, công nghiệp lớn.
34
CHƢƠNG 2-NGHIÊN CỨU CÁC CHUẨN OPEN GEOSPATIAL CONSORTIUM (OGC)
2.1. Giới thiệu Open Geospatial Consortium (OGC)
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các WebGIS hiện nay thì việc phổ biến lợi ích của hệ thống thông tin địa lý đến rộng rãi mọi ngƣời trên thế giới và việc chia sẻ các cơ sở dữ liệu đã không còn là vấn đề khó khăn. Sự ra đời của WebGIS đã khắc phục đƣợc những hạn chế mà GIS truyền thống mang lại nhƣ giá thành của cơ sở dữ liệu, chuyển đổi định dạng dữ liệu giữa các phần mềm, giá thành của phần mềm, vấn đề bản quyền và khả năng cập nhật của dữ liệu… Thế nhƣng, càng sử dụng và khai thác WebGIS, ngƣời sử dụng mới nhận thấy một điều rằng hầu nhƣ các WebGIS đều đƣợc xây dựng độc quyền bởi các hãng phần mềm hay các tổ chức khác nhau và dữ liệu đƣợc trình bày theo quan điểm riêng của họ. Điều này có nghĩa là ngƣời sử dụng chỉ có thể truy cập vào từng server để lấy thông tin dữ liệu của chính server đó, và không thể tích hợp các dữ liệu từ các server khác nhau. Do đó đòi hỏi về tính đồng vận hành (interoperability) đƣợc đặt ra.
Hình 2.1: Khó khăn trong việc chia sẻ dữ liệu
Hình 2.1 miêu tả hạn chế trong việc chia sẻ dữ liệu trên Web server: Trong hình trên ta có thể thấy ngƣời sử dụng muốn lấy thông tin từ ba server khác nhau, hay nói cách khác là để lấy thông tin họ quan tâm từ các trang web, ngƣời sử dụng phải dùng ba Web Client khác nhau tƣơng ứng truy cập vào các web server đó. Ta nhận thấy rằng, khái niệm đồng vận hành rất ít tồn tại giữa các Web Client và server. Dữ liệu có đƣợc chỉ có thể có khi ngƣời sử dụng truy cập trực tiếp vào server đó mà thôi.
Trên thực tế, chính vì không có sự đồng nhất về dữ liệu địa lý mà chúng ta đã gặp không ít khó khăn trong vấn đề tích hợp các dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau.
35
Chẳng hạn nhƣ bản đồ đƣờng dây điện do Sở điện lực thực hiện lại không chồng lớp với bản đồ đƣờng ống nƣớc do Sở giao thông công chính làm ra vì sử dụng lƣới chiếu khác nhau. Điều này đƣa đến việc lãng phí thời gian, sức lực và đặc biệt là chi phí trong công việc chung. Chính vì thế, một lần nữa chi phí lại trở thành rào cản lớn nhất cho sự phát triển rộng rãi của hệ GIS và nhu cầu đi tìm sự “đồng vận hành” cho các dữ liệu trở thành một nhu cầu cấp thiết trong sự phát triển của khoa học công nghệ.
Thật vậy, nắm bắt đƣợc nhu cầu và lợi ích mà sự đồng vận hành đem lại, các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực mã nguồn mở nói riêng và các nhà khoa học khác nói chung đã cùng nhau tìm ra giải pháp cho vấn đề này, đó là thành lập một tổ chức nghiên cứu phát triển về sự tích hợp các cơ sở dữ liệu địa lý mà không quan tâm đến dữ liệu nền đƣợc thực hiện bằng phần mềm nào. Và tổ chức OGC đã ra đời trên cơ sở tìm ra tiếng nói chung cho các dữ liệu, khái niệm “đồng vận hành”. Có thể xem OGC chính là một nhánh phát triển của nhóm nghiên cứu mã nguồn mở (OpenSource) tập trung phát triển những đặc tả mở cho ngành địa lý nói riêng.
Nhờ vào sự xuất hiện của OGC và sự ra đời của các đặc tả của OGC (gọi là OpenGIS Specification), đặc biệt là đặc tả WMS – Web Map Server đã đƣa công nghệ GIS phát triển thêm một bƣớc cao hơn.
Hình 2.2: Giải pháp của OGC
Hình 2.2 cho ta thấy nhờ sự ra đời của đặc tả WMS của OGC, Web Client và Web Server cùng đƣợc định nghĩa theo giao thức WMS mà giờ đây ngƣời sử dụng chỉ cần dùng một Web Client duy nhất để có thể truy cập vào ba Web Server khác nhau, tiết kiệm đƣợc thời gian, chi phí và sức lực.
36
Vào giữa thập kỷ 80 của thế kỷ 20, phần mềm GIS đƣợc sử dụng rất khó khăn trong lĩnh vực quốc phòng và quản lý tài nguyên, đặc biệt giữa các tổ chức Nhà nƣớcvới nhau. Tuy nhiên trên thị trƣờng, các nhà kinh doanh giao thông, nghiên cứu thị trƣờng, xây dựng… đã khám phá công nghệ này để ứng dụng trong lĩnh vực của mình. Điều này đã làm cho GIS có một tƣơng lai sáng hơn nhƣng cũng có những thất bại đau đớn làm nản lòng những ngƣời sử dụng. Ngƣời sử dụng rất quan tâm đến sức mạnh và tiềm năng của các công cụ làm bản đồ thế nhƣng họ buộc phải dùng các phƣơng thức chuyển đổi dữ liệu không hiệu quả, tốn thì giờ và mất dữ liệu.
Trong khi các sản phẩm GIS thƣơng mại đã có sẵn trên thị trƣờng, vì một số lí do khác nhau liên quan đến kinh phí đầu tƣ, một vài tổ chức đã phát triển những phần