8. Bố cục của luận văn
2.2Thiết kế CSDL GIS phục vụ công tác quản lý lớp phủ rừng cấp tỉnh
2.2.1 Khái niệm Geodatabase
Trong những năm gần đây, hai xu hƣớng nổi bật đã tác động sâu sắc và làm thay đổi việc lƣu trữ và quản lý dữ liệu GIS. Đó là dung lƣợng lƣu trữ dữ liệu mở rộng nhanh chóng và đang tiếp tục tăng lên một cách đáng kể. Thứ hai là việc ứng dụng các cơ sở dữ liệu GIS phân tán ngày một tăng. Cơ sở dữ liệu phân tán là nguồn dữ liệu cho những ngƣời sử dụng có thể truy cập tới các vị trí lƣu trữ thông qua mạng. Nguyên nhân chính cho việc nghiên cứu, ra đời cách lƣu trữ và quản lý dữ liệu mới là nhằm đem lại cho ngƣời sử dụng một hệ thống quản lý dữ liệu hiệu quả nhất. Chính vì vậy, phần mềm ArcGIS đã thiết kế mô hình cơ sở dữ liệu GIS Geodatabase nhằm cung cấp các công cụ dùng để triển khai xây dựng và quản lý một hệ thông tin địa lý thông minh.
ESRI sử dụng khái niệm Geodatabase – cơ sở dữ liệu địa lý – là nhân của mô hình thông tin địa lý và sử dụng để tổ chức dữ liệu GIS trong các lớp chuyên đề và biểu diễn không gian.
Geodatabase là một cơ sở dữ liệu chứa dữ liệu thuộc tính, dữ liệu không gian và quan hệ tồn tại giữa chúng. Có thể nói Geodatabase còn là một cơ sở dữ liệu địa lý hƣớng đối tƣợng và đƣợc quản lý thông qua một chuẩn Hệ quản trị cơ sở dữ liệu. Vì vây, khi thực thi trên đối tƣợng trong Geodatabase chính là các luật chuẩn hóa, liên kết và quan hệ topology [16].
Geodatabase là mô hình dữ liệu hƣớng đối tƣợng. Dữ liệu trong Geodatabase đƣợc tổ chức thành các lớp dữ liệu dạng vector hoặc raster. Dữ liệu Vector đƣợc thể hiện một trong 3 dạng: điểm, đƣờng hoặc là vùng và có thể đƣợc tham chiếu không gian.
Về mặt chức năng, Geodatabase là một mô hình dữ liệu biểu diễn thông tin địa lý sử dụng công nghệ cơ sở dữ liệu quan hệ chuẩn. Geodatabase hỗ trợ việc lƣu trữ và quản lý thông tin địa lý trong các bảng hệ thống cơ sở dữ liệu quan hệ nhờ kết nối ArcSDE.
- Geodatabase XML đại diện cho cơ chế mở của ESRI để trao đổi thông tin giữa các geodatabases và các hệ thống bên ngoài khác.
- Ngƣời dùng có thể chia sẻ cập nhật dữ liệu giữa các hệ thống không đồng nhất.
- Trao đổi của bộ tính năng đơn giản (giống nhƣ trao đổi file shapefile ) - Có ba loại tài liệu XML có thể đƣợc tạo ra trong ArcGIS: một tài liệu không gian làm việc, tài liệu RecordSet, và tài liệu về các thay đổi của dữ liệu.
- Một số công việc điển hình mà ngƣời dùng thực hiện trong ArcGIS geodatabase XML bao gồm:
+ Chia sẻ lƣợc đồ cơ sở dữ liệu địa lý.
+ Sao chép geodatabases toàn bộ hoặc một tập hợp con nhƣ tập hợp dữ liệu tính năng và tập hợp tất cả các thông tin liên quan .
Hình 2.1 Geodatabase trong ArcGIS
Có hai mô hình Geodatabase: Mô hình Geodatabase một ngƣời dùng (Personal Geodatabase) và mô hình Geodatabase nhiều ngƣời dùng (Enterprise Geodatabase).
- Personal Geodatabase: Mô hình sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu Access
để lƣu trữ dữ liệu không gian và thuộc tính, nó chỉ hỗ trợ một ngƣời dùng và đƣợc cài đặt trên máy đơn. Dung lƣợng lƣu trữ của mô hình này giới hạn do sự hạn chế về dung lƣợng lƣu trữ của hệ quản trị cơ sở dữ liệu Access..
- Enterprise Geodatabase: Mô hình sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu nhiều
ngƣời dùng nhƣ Oracle, SQL Server, DB2, Postgres... để lƣu trữ dữ liệu. Dữ liệu lƣu trữ đƣợc quản lý thông qua ArcSDE, dung lƣợng lƣu trữ của mô hình này thƣờng không giới hạn do hệ quản trị mà nó sử dụng không giới hạn dung lƣợng lƣu trữ.
So sánh mô hình Geodatabase một người dùng và nhiều người dùng.
- Personal Geodatabase đƣợc lƣu trữ trong Access.
- Multiuser Geodatabase (Enterprise Geodatabase) có thể đƣợc lƣu
trữ một trong các hệ quản trị sau: Oracle, SQL Server, Informix, DB2.
- Dung lƣợng lƣu trữ của Multiuser Geodatabase lớn hơn Personal Geodatabase.
- Personal Geodatabase không hỗ trợ lƣu trữ dữ liệu dạng Raster.
- Personal Geodatabase hỗ trợ một ngƣời dùng.
- Personal và Multiuser Geodatabase dùng chung một mô hình dữ
liệu. Mô hình dữ liệu đƣợc xây dựng cho Personal Geodatabase có thể hiện thực cho mô hình Multiuser Geodatabase và ngƣợc lại.
Hình 2.2 Mô hình cơ sở dữ liệu không gian của ESRI
Phƣơng pháp chọn lựa mô hình Geodatabase.
- Sử dụng mô hình Personal Geodatabase khi:
o Hệ thống chạy trên máy đơn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
o Dữ liệu đơn giản
o Dung lƣợng lƣu trữ dữ liệu giới hạn.
- Sử dụng mô hình Multiuser Geodatabase khi:
o Hệ thống dùng mô hình client/server.
o Dung lƣợng lƣu trữ dữ liệu không giới hạn.
o Dữ liệu đƣợc truy cập qua Internet,...
Lợi ích của Geodatabase.
- Tính toàn vẹn dữ liệu.
o Subtypes. (Phân nhóm)
o Domains.( Miền)
o Validation rules.
- Mô hình hóa, quản lý tốt hơn về mối quan hệ giữa các đối tƣợng.
- Dữ liệu không gian và thuộc tính đƣợc lƣu trữ tập trung và liên tục.
- Linh động: Personal hoặc Multiuser Geodatabase.
- Hỗ trợ mô hình dữ liệu nhiều ngƣời dùng (Multiuser Geodatabase).
- Toàn bộ dữ liệu đƣợc tập trung vào một cơ sở dữ liệu.
- Thừa kế đƣợc các tính năng ƣu việt của hệ quản trị cơ sở dữ liệu mà nó sử dụng
để lƣu trữ dữ liệu.
Personal Geodatabase có định dạng file .mdb (định dạng Microsoft Access)
và chỉ có thể sửa chữa đƣợc với một ngƣời dùng duy nhất tại một thời điểm. Một Personal Geodatabase có dung lƣợng tối đa là 2GB và chỉ chứa dữ liệu Vector.
Enterprise Geodatabase còn đƣợc gọi là ArcSDE hoặc Multiuser Geodatabase. Enterprise Geodatabase cho phép nhiều ngƣời dùng có thể cùng sử dụng (đọc hay sửa chữa) dữ liệu Vector và Raster trên Geodatabase đó. Do vậy, Enterprise Geodatabase chủ yếu đƣợc sử dụng trong các nhóm làm việc và các doanh nghiệp lớn. Multiuser Geodatabase là sự kết hợp của ArcSDE và một hệ quản trị cơ sở dữ liệu nhƣ IBM, DB2, Informix, Oracle hoặc SQL Server
Dữ liệu không gian đƣợc lƣu trữ trong hệ quản trị cơ sở dữ liệu và ArcSDE cho phép xem và làm việc với dữ liệu từ các phần mềm ứng dụng GIS. Chẳng hạn
nhƣ khi làm việc với SQL Server, chúng ta có thể truy cập trực tiếp tới dữ liệu là các lớp đối tƣợng địa lý hay topology từ ArcCatalog hoặc ArcMap[9].
Đặc điểm ArcSDE Geodatabase File Geodatabase Geodatabase Personal
Mô tả
Định dạng lƣu trữ và quản lý dữ liệu GIS trong các CSDL quan hệ Định dạng ,lƣu trữ trong thƣ mục hệ thống file Định dạng chuẩn đầu tiên quản lý trong Microsoft
Access Số lƣợng
ngƣời dùng
Đa ngƣời dùng, nhiều ngƣời đọc và biên tập Một ngƣời dùng, nhiều ngƣời có thể truy cập và một ngƣời biên tập Một ngƣời dùng, nhiều ngƣời có thể truy cập và một ngƣời biên tập Định dạng dữ liệu - Oracle - Microsort SQL Server - IBM DB2 - IBM Ifomix Mỗi một nhóm dữ liệu đƣợc lƣu vào một file riêng biệt.
Một file Geodatabase là một thƣ mục chứa các file Tất cả các dữ liệu đƣợc lƣu trong Microsoft Access, file có đuôi mở rộng laf”.mdb” Giới hạn dung lƣợng Rất lớn, phụ thuộc (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
vàoDBMS Có thể lên đến TB Tố đa 2GB
Hộ trợ
Versoning Có Không Không
Bảng 2.2 So sánh các kiểu database
Với cả hai kiểu Geodatabase, chúng ta không chỉ truy cập đƣợc dữ liệu không gian mà còn có thể xây dựng và lƣu trữ các luật topology riêng trong một tập dữ liệu đối tƣợng địa lý.
Thành phần trong
Geodatabase Biểu tƣợng Mô tả
Tập dữ liệu đối tƣợng địa lý
(Feature Dataset)
Là một tập chứa các feature class, các topology và các đối tƣợng mạng liên kết có cùng tham chiếu không gian
Lớp đối tƣợng (Feature Class)
Là một bảng chứa một trƣờng “shape” xác định dạng hình học điểm, đƣờng, vùng cho các đối tƣợng địa lý. Mỗi hàng là một đối tƣợng địa lý
Bảng (Table) Là một tập các hàng với các trƣờng giống nhau.
Các lớp đối tƣợng địa lý là các bảng đƣợc xác định với trƣờng “shape”
Lớp quan hệ (Relationship class)
Là lớp liên kết đối tƣợng trọng một lớp đối tƣợng địa lý với đối tƣợng trong một lớp đối tƣợng địa lý khác. Thông thƣờng, các lớp quan hệ có các trƣờng do ngƣời sử dụng định nghĩa
Topology (Topology) Bao gồm các luật thống nhất về hình học giữa
các đối tƣợng địa lý Mạng hình học
(Geometric network)
Bao gồm các luật cho phép quản lý kết nối giữa các đối tƣợng địa lý
Tập dữ liệu đo đạc (Survey dataset)
Chứa các phép đo đƣợc sử dụng trong việc tính toán tọa độ hình học đối tƣợng địa lý trong các lớp đối tƣợng địa lý đƣợc đo đạc
Tập dữ liệu Raster (Raster dataset)
Là một tập dữ liệu Raster biểu diễn các hiện tƣợng địa lý liên tục
Tài liệu siêu dữ liệu (Metadata document)
Là một XML có liên kết với tất cả các tập dữ liệu, thƣờng đƣợc sử dụng trong ArcIMS và các ứng dụng trên máy chủ
Công cụ xử lý thông tin địa lý (Geoprocessing
tools)
Là một tập luồng dữ liệu và luồng công việc quản lý, phân tích và mô hình hóa dữ liệu
2.2.2 Thiết kế Geodatabase cho lớp phủ rừng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Một Geodatabase cho lớp phủ rừng là một geodatabase có mô hình dữ liệu hƣớng đối tƣợng, cho phép lƣu trữ thống nhất dữ liệu không gian và phi không gian khi ánh xạ mô hình đã thiết kế xuống hệ quản trị cơ sở dữ liệu, hỗ trợ nhiều ngƣời truy cập dữ liệu đồng thời tại một thời điểm. Trong mô hình này, các thực thể đƣợc mô tả nhƣ các đối tƣợng với các thuộc tính, hành động và các quan hệ. Geodatabase hỗ trợ đƣợc sự phức tạp của các loại đối tƣợng địa lý khác nhau, cho phép định nghĩa các quan hệ giữa các đối tƣợng với các luật cho việc duy trì tính ràng buộc toàn vẹn giữa chúng.
Một Geodatabase là một tập lƣu trữ dữ liệu địa lý. Tất cả các thành phần trong Geodatabase đƣợc quản lý trong các bảng DBMS chuẩn và sử dụng kiểu dữ liệu SQL chuẩn. Dƣới đây là một số thành phần có cấu trúc trong một Geodatabase sử dụng để phát triển mô hình dữ liệu địa lý:
Trong Geodatabase có một hay nhiều Feature dataset. Feature dataset là một nhóm các loại đối tƣợng có cùng chung hệ quy chiếu và hệ tọa độ. Một Feature dataset có thể chứa một hay nhiều Feature class. Feature class chính là đơn vị chứa các đối tƣợng không gian của bản đồ và tƣơng đƣơng với một lớp (Layer) trong ArcMap. Mỗi Feature class chỉ chứa một dạng đối tƣợng (điểm, đƣờng, vùng). Một Feature class sẽ đƣợc gắn với một bảng thuộc tính (Attribute Table).
Geodatabase có thể là những cơ sở dữ liệu nhỏ, đơn giản cho tới những cơ sở dữ liệu rất lớn theo mục đích và nhu cầu sử dụng của chúng ta. Cơ sở dữ liệu nhỏ là Geodatabase trên một máy tính. Trong khi đó, cơ sở dữ liệu đƣợc coi là lớn với số lƣợng truy cập khổng lồ của số ngƣời dùng trong các nhóm làm việc, văn phòng và công ty lớn. Hai kiểu Geodatabase ứng với nó là Personal Geodatabase và Enterprise Geodatabase.
Một số đặc tính quan trọng của Geodatase đƣợc đề cập gồm: feature dataset, object class, feature class, relationship class, spatial reference.
Trong Geodatabse có một hay nhiều feature dataset. Feature là một nhóm các đối tƣợng có cùng chung hệ quy chiếu và tọa độ. Một feature dataset có thể chứa
một hay nhiều feature claas. Feature claas chính là đơn vị chứa các đối tƣợng không gian của bản đồ tƣơng đƣơng với một lớp (layer) trong ArcMap. Mỗi feature claas chỉ chứa một dạng đối tƣợng (điểm, đƣờng hoặc vùng). Mỗi feature claas đƣợc gắn chặt với một bảng thuộc tính (Attibute Table)
Hình 2.3 Cấu trúc bên trong của một database
2.2.3 Yêu cầu trong thiết kế CSDL GIS phục vụ công tác quản lý lớp phủ rừng cấp tỉnh cấp tỉnh
Cơ sở dữ liệu GIS phục vụ công tác quản lý lớp phủ rừng cấp tỉnh đƣợc thiết kế theo những yêu cầu sau:
- Cơ sở dữ liệu GIS phục vụ công tác quản lý rừng cấp tỉnh đƣợc thiết kế theo chuẩn cấu trúc của CSDL hệ thông tin địa lý (GIS).
- Cấu trúc của CSDL cần phải đảm bảo tính khoa học, mạch lạc.
- CSDL phải có cấu trúc mở đáp ứng cho việc phát triển hệ thống và cập nhật dữ liệu sau này.
- Khuôn dạng của dữ liệu trong CSDL phải phù hợp với hiện trạng và trình độ công nghệ chung tại địa phƣơng và có khả năng dễ dàng tích hợp với CSDL địa lý quốc gia
Mô hình phát triển CSDL GIS phục vụ công tác quản lý lớp phủ rừng cấp tỉnh đƣợc xác định nhƣ hình 2.4
Hình 2.4. Mô hình phát triển CSDL GIS lớp phủ rừng cấp tỉnh
Cơ sở dữ liệu địa lý là sự tích hợp giữa cơ sở dữ liệu không gian địa lý và cơ sở dữ liệu thuộc tính. Quy trình thiết kế một mô hình CSDL địa lý đƣợc thực hiện theo tiến trình chung thiết kế một mô hình CSDL quan hệ và có sự phối hợp phân tích thuộc tính hình học không gian và mối quan hệ đối tƣợng không gian địa lý để đảm bảo đồng thời nguyên lý của hai loại mô hình CSDL. Quy trình thiết kế đƣợc thực hiện qua các bƣớc sau:
CSDL GIS lớp phủ rừng cấp tỉnh CSDL nền địa lý CSDL không gian chuyên đề CSDL thuộc tính chuyên đề CSDL không gian nền địa lý CSDL thuộc tính nền địa lý CSDL chuyên đề
Bƣớc 1: Mô hình hóa khái niệm (Conceptual model) từ thế giới thƣc. Ở mức này cần phát hiện ra các khối chức năng cơ bản mô tả hoạt động của thế giới thực.
Bƣớc 2:
- Định nghĩa các đối tƣợng: mô hình hóa các đối tƣợng địa lý (define objects and relationship). Ở mức này xác định rõ các đối tƣợng trong mô hình không gian, xác định rõ danh mục các đối tƣợng trong từng lớp thông tin, mô tả đối tƣợng, xác định các thuộc tính mô tả, miền giá trị các thuộc tính, dạng biểu thị của chúng và các quan hệ của chúng.
- Lựa chọn biểu thị cho các đối tƣợng địa lý (selectgeographic representation). Ở mức này xây dựng cách biểu thị các đối tƣợng (features) bằng các dạng hình học cơ bản nhƣ điểm, đƣờng, vùng, hoặc mô hình rasters, topo, TIN... cho thuộc tính hình học; cấu trúc bảng dữ liệu thông tin thuộc tính phi không gian.
- Kết quả: Đƣa ra lƣợc đồ cơ sở dữ liệu phục vụ cho giai đoạn thiết kế vật lý tiếp theo. Kết hợp với các nhà chuyên môn kiểm tra phần thông tin các yếu tố chuyên đề và miền xác định của các thông tin đó.
Bƣớc 3:
- Xây dựng cấu trúc từng lớp dữ liệu bao gồm cấu trúc dữ liệu thuộc tính không gian, cấu trúc dữ liệu thuộc tính (phi không gian) với các quy định chi tiết về biểu thị hình học, bảng thông tin thuộc tính với các trƣờng, kiểu, kích thƣớc và quan hệ liên kết.
- Kết quả: Đƣa ra mô hình cơ sở dữ liệu địa lý trong đó quy định cụ thể, chi tiết nội dung, cấu trúc từng chủ đề, từng lớp thông tin và theo quy định số 06/2007/QĐ-BTNMT, ngày 27/02/2007 đã quy định áp dụng chuẩn thông tin địa lý Quốc gia. Tại quy định này đã đƣa ra quy định áp dụng chuẩn mô hình cấu trúc dữ liệu GIS, ngôn ngữ biểu diễn mô hình cấu trúc dữ liệu địa lý. Chuẩn thông tin địa lý cơ sở quốc gia là chuẩn bắt buộc áp dụng thống nhất trong việc xây dựng hệ thống thông tin địa lý cơ sở quốc gia và các hệ thống thông tin địa lý chuyên ngành trong phạm vi ngành tài nguyên môi trƣờng.
2.2.4 Thiết kế CSDL GIS phục vụ công tác quản lý lớp phủ rừng cấp tỉnh a. Thiết kế cấu trúc cơ sở dữ liệu không gian a. Thiết kế cấu trúc cơ sở dữ liệu không gian
- Cơ sở dữ liệu GIS phục vụ công tác quản lý lớp phủ rừng đƣợc thiết kế theo cấu trúc của CSDL hệ thông tin địa lý và theo công nghệ ArcGIS.