Cơ sở dữ liệu tích hợp gồm 3 cơ sở dữ liệu thành phần:
- Cơ sở dữ liệu địa hình thủy văn cơ bản: Đây là cơ sở dữ liệu có tính nền làm cơ sở (khung - framework) để trình bày các lớp thơng tin bản đồ khác khau.
- Cơ sở dữ liệu đất đai: Gồm bản đồ địa chính, hồ sơ địa chính, các bản đồ chuyên đề khác về đất đai. Các lớp thông tin bản đồ sẽ được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu đất đai theo đúng hệ quy chiếu của hệ thống bản đồ đã được quy định (theo hệ tọa độ
địa phương) và quản lý bằng các phần mềm hệ thống thông tin đất đai. Tuy nhiên, để có thể tích hợp với cơ sở dữ liệu địa hình thủy văn nền, lớp bản đồ này sẽ được hiển thị trên nền các lớp thông tin của cơ sở dữ liệu địa hình thủy văn bằng phương pháp thay đổi hệ tọa độ “On the fly Projection” thông qua các phần mềm ArcGIS.
- Cơ sở dữ liệu tài nguyên môi trường: Các lớp thông tin bản đồ Tài nguyên và Môi trường sẽ được xây dựng trên nền của cơ sở dữ liệu địa hình thủy văn (theo hệ tọa độ của cơ sở dữ liệu địa hình thủy văn) và quản lý bằng các phân hệ phần mềm Tài nguyên và Môi trường. Các tài liệu về Tài nguyên và Môi trường trước đây sẽ được chuyển đổi về tọa độ của cơ sở dữ liệu địa hình thủy văn bằng phương pháp nắn tọa độ.
3.2.2. Giải pháp tích hợp các lớp thông tin khác nhau thông qua các dữ liệu thuộc tính thuộc tính
Mối liên kết giữa các lớp thơng tin khơng gian ngồi vị trí khơng gian, cịn có các mối liên kết dựa trên những thơng tin thuộc tính mơ tả tính chất, sự ràng buộc về quản lý: ví dụ như về mặt quản lý lãnh thổ theo địa giới hành chính, địa danh, tên địa vật…
Đề tài, luận văn xem xét một số khả năng liên kết qua các thông tin thuộc tính có thể được sử dụng để kết nối giữa cơ sở dữ liệu đất đai và cơ sở dữ liệu ĐH-TVCB ĐBSCL như sau:
* Qua mã địa giới hành chính: xã, huyện, tỉnh.
Với các thơng tin của cơ sở dữ liệu địa chính, bản đồ hiện trạng sử dụng đất, các yếu tố cơ bản đều được quản lý theo đơn vị hành chính. Vì vậy giải pháp sử dụng mã của đơn vị hành chính để liên kết giữa cơ sở dữ liệu ĐH-TVCB ĐBSCL và cơ sở dữ liệu đất đai là hợp lý. Tuy nhiên, mối liên kết này khơng có tính cân bằng giữa hai chiều. Các đối tượng của cơ sở dữ liệu ĐH-TVCB ĐBSCL, phần lớn được quản lý theo vị trí địa lý, khơng giới hạn bởi địa giới hành chính nên khó khăn hơn trong việc liên kết ngược lại.
* Qua địa danh
Địa danh là một yếu tố có vừa thể hiện giữa quản lý hành chính và vị trí địa lý. Thơng thường, địa danh khơng được thể hiện tường minh trong cơ sở dữ liệu đất đai.
Trong hệ thống bản đồ địa chính, địa danh có thể thể hiện dưới dạng thơng tin xứ đồng (hoặc địa chỉ) của thửa đất, còn hồ sơ địa chính thể hiện địa chỉ của chủ sử dụng đất.
Sự liên kết này khá lỏng lẻo và không nhất quán, do địa danh có thể trùng nhau. Tuy nhiên nếu kết hợp giữa địa danh và mã đơn vị hành chính xã, mối liên kết này sẽ đem lại chính xác cao hơn.
* Qua tên địa vật:
Sự liên kết giữa cơ sở dữ liệu ĐH-TVCB ĐBSCL và cơ sở dữ liệu đất đai có thể sử dụng qua tên các đối tượng địa lý. Tuy nhiên để có thể liên kết được, địi hỏi các đối tượng địa lý trong các cơ sở dữ liệu khác nhau đều cùng một mã hoặc tên. Các đối tượng địa lý có thể được sử dụng tạo liên kết thông dụng nhất là tên các đối tượng địa lý thuộc giao thông, thủy văn.
* Quản lý thông tin liên kết và thông tin mô tả (metadata)
Giải pháp công nghệ sử dụng phần mềm ArcGIS Catalog hoặc phần mềm mã nguồn mở GeoNetwork Opensource.
3.2.3. Giải pháp tích hợp các thơng tin theo thời gian
Trong GIS, mơ hình cơ sở dữ liệu không gian (spatial model) theo thời gian (time series) đã được nghiên cứu. Cụ thể trong với ArcGIS, một mơ hình dữ liệu khơng gian quản lý các dữ liệu không gian theo chuỗi thời gian đã được xây dựng để mô tả hệ thống thu thập dữ liệu theo thời gian là mơ hình ArcHydro. ArcHydro là mơ hình cụ thể mơ tả quản lý các thông tin về lưu vực, hệ thống mạng sông, các trạm đo đạc thu thập số liệu về mực nước… phục vụ cơng tác giải các bài tốn về lũ lụt. Mơ hình này cũng đã được ứng dụng thử nghiệm trong dự án “Xây dựng hệ thống thơng tin địa hình
- thủy văn cơ bản phục vụ phòng chống lũ lụt và phát triển kinh tế xã hội vùng đồng bằng sơng Cửu Long” để tích hợp hệ thống thông tin địa lý (GIS) và hệ thống thơng tin
thủy văn (HIS).
Ý tưởng mơ hình được xây dựng một cơ sở dữ liệu khơng gian có thêm thành phần chuỗi thời gian là sử dụng để mơ tả thơng tin trong một hình khối 3 chiều với các trục: biến số, không gian, và thời gian. Trục X mơ tả những gì đã được ghi lại một đối
tượng cụ thể nào đó dưới dạng 1 biến số, trục không gian mô tả nơi mà nó đã được ghi lại và trục thời gian mơ tả khi nó được ghi lại. Một điểm trong khối lập phương biến số - không gian - thời gian đại diện cho một giá trị đo lường của một đối tượng tại một thời điểm nào đó và mặt phẳng cắt qua khối cung cấp cho một tập các phép đo theo chuỗi thời gian của một đối tượng. Sử dụng mơ hình khái niệm này, người ta có thể trích xuất một loạt các bộ dữ liệu theo chuỗi thời gian bằng cách chỉ chọn một phần của khối lập phương biến số - không gian - thời gian.
Hình 3.2. Mơ hình chuỗi thời gian
Mơ hình khái niệm của chuỗi thời gian trong GIS cung cấp một mơ hình chung mà có thể được áp dụng để giải quyết nhiều vấn đề khi tích hợp khơng gian và thời gian trong một hệ thống GIS. Ví dụ như dữ liệu chuỗi thời gian được phổ biến trong hệ thống thông tin thủy văn (HIS) là thông tin thủy văn trong cơ sở dữ liệu.
Trong một cơ sở dữ liệu GIS, có 3 dạng dữ liệu có thể được thu thập theo thời gian như sau: TSDateTime FeatureID TSType TSValue TSType Table Feature Class (point, line, area)
Dữ liệu thuộc tính
Dữ liệu đối tượng địa lý dạng vector
Dữ liệu ảnh hoặc đối tượng địa lý dạng raster
Time Series Feature Series
Raster Series Attribute Series Time V ar ia b le y t x
Hình 3.3. Mơ hình tích hợp thơng tin theo chuỗi thời gian
Để mô tả các dữ liệu theo chuỗi thời gian, trong mơ hình sẽ bổ xung thêm một biến số (variable type) và có kiểu là chuỗi thời gian (time series type). Biến số mơ tả những gì một tập hợp các phép đo theo thời gian và kiểu chuỗi thời gian mô tả cách thông tin này được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu không gian. Theo mơ hình phân cấp (hierarchical model), loại biến ở trên được mô tả là kiểu chuỗi thời gian và cho phép biến có thể lưu giữ bất kỳ các loại chuỗi thời gian. Ví dụ, ta có thể lưu trữ biến "lượng mưa trung bình hàng tháng" như là một dạng kiểu số liệu chuỗi thời gian, là được gán cho các đối tượng kiểu thuộc tính, vector hoặc raster. Sau đây là thiết kế cụ thể cho việc đối tượng địa lý được gán thông tin về chuỗi thời gian.
Khái niệm “Kiểu chuỗi thời gian - time series type” : Là mô tả cho một dãy các bản ghi được ghi nhận các giá trị theo thời gian và được đánh theo 3 trường là giá trị, chỉ số và thời gian (TSValue, TSTypeID, TSDateTime). Kiểu chuỗi thời gian sẽ không
quan hệ trực tiếp với các thơng tin khơng gian, nhưng nó có thể liên kết với các đối tượng không gian qua 1 bảng trung gian. Một tập các bản ghi về chuỗi khơng gian có thể được liên kết đến một hoặc nhiều các đối tượng không gian trong quan hệ một - nhiều giữa các bản ghi chuỗi thời gian và các đối tượng không gian. Bảng trung gian là cần thiết để loại trừ quan hệ nhiều - nhiều giữa thông tin chuỗi thời gian và các đối tượng không gian (theo lý thuyết cơ sở dữ liệu quan hệ).
* Bảng thuộc tính theo chuỗi thời gian
Đây là bảng (table) để liên kết giữa các thông tin theo chuỗi thời gian với các đối tượng địa lý (Theo chỉ số đối tượng - FeatureID), bao gồm các bản ghi dữ liệu theo chuỗi thời gian được lập chỉ mục (index) theo các trường của biến (tức là TSValue và TSTypeID), thời gian (TSDateTime) và không gian (FeatureID). Bảng được thiết kế để lưu trữ các đối tượng không gian tĩnh với các dữ liệu thuộc tính theo thời gian. Thiết kế này có thể sử dụng để lưu trữ các điểm quan sát tại các địa điểm cố định như dòng chảy, chất lượng nước .v.v. tại các đối tượng địa lý như trạm đo. Một đối tượng khơng gian có thể liên quan đến một hoặc nhiều bản ghi chuỗi thời gian, nhưng một giá trị theo thời gian chỉ được liên quan đến một đối tượng. Như vậy, đối tượng khơng gian và chuỗi thời gian có liên hệ trong một mối quan hệ một-nhiều (1- n).
Hình 3.4. Bảng thuộc tính theo chuỗi thời gian
Feature Class (HydroID)
Attribute Series Table (FeatureID)
* Đối tượng raster theo chuỗi thời gian
Đối tượng kiểu raster chuỗi thời gian (Raster series time series type) phản ánh 1 tập các đối tượng raster được đánh chỉ số theo biến số (TSTypeID) và thời gian (TSDateTime). Các đối tượng raster được thu thập và lưu trữ trong thư mục ảnh (Raster Catalog) và có 2 trường chỉ số là TSTypeID và TSDateTime. Sử dụng đối tượng raster theo chuỗi thời gian, các đối tượng không gian được thu thập liên tục theo các vòng lặp về thời gian. Ví dụ như bản đồ về lượng mưa trung bình, ảnh vệ tinh có thể được lưu trữ là một tập các file raster và chúng được lưu trữ trong một thư mục raster (Raster Catalog).
Hình 3.5. Đối tượng raster theo chuỗi thời gian
* Đối tượng vector theo chuỗi thời gian
Đối tượng kiểu vector chuỗi thời gian (Feature Series time series type) phản ánh một tập các đối tượng không gian dưới dạng vector (điểm, đường, vùng) có sự thay đổi về các thơng tin khơng gian (hình dạng, kích thước ...) theo thời gian, được tổ chức lập chỉ mục theo biến số (TSValue and TSTypeID), thời gian (TSDateTime) và vị trí phụ thuộc thời gian (shape). Các đối tượng raster được thu thập và lưu trữ trong thư mục
ảnh (Raster Catalog) và có 2 trường chỉ số là TSTypeID và TSDateTime. Các đối tượng vector theo chuỗi thời gian được thiết kế để lưu trữ các đối tượng khơng gian có sự thay đổi về hình dạng hoặc vị trí theo thời gian. Ví dụ các đối tượng như vậy là vùng ngập lũ theo từng giờ, phản ảnh bằng một chuỗi các đối tượng vector dạng vùng. Kiểu
“Vị trí phụ thuộc thời gian (shape)” mơ tả về vị trí và giới hạn của các đối tượng không
gian bị biến đổi theo thời gian. Các đối tượng thuộc ”Đối tượng vector theo chuỗi thời gian” là duy nhất vì kiểu chuỗi thời gian đã chứa 1 đối tượng dạng vùng.
3.3. Phần mềm ứng dụng
3.3.1. Phần mềm TichHop_DBSCL quản lý tích hợp cơ sở dữ liệu đất đai và cơ
sở dữ liệu ĐH-TVCB
3.3.1.1. Giải pháp công nghệ
Giải pháp xây dựng cơ sở dữ liệu và vận hành phần mềm TichHop_DBSCL như sau:
- Chuyển đổi các lớp thông tin bản đồ ở các hệ thống tọa độ khác nhau về một hệ thống chung, chuyển hệ thống bản đồ chuyên đề đang ở các hệ tọa độ khác nhau về hệ tọa độ của cơ sở dữ liệu nền.
- Tích hợp các lớp thơng tin khác nhau thơng qua các dữ liệu thuộc tính: mã đơn vị hành chính, hệ thống đường giao thơng, thủy văn …
- Xác định và cập nhật các nội dung thơng tin cần thiết để liên kết, tích hợp giữa các lớp thông tin của hai cơ sở dữ liệu, các thơng tin mơ tả (Metadata) cần có.
- Cơng cụ quản lý thông tin liên kết và thông tin mô tả (Metadata) gắn với nội dung của cơ sở dữ liệu: Chuẩn hóa, tạo và kiểm tra tính đúng đắn của thông tin.
- Công cụ tìm kiếm, khám phá dữ liệu (Geospatial data discovery) dựa trên thông tin liên kết và thông tin mô tả (metadata).
3.3.1.2. Chức năng quản lý tích hợp cơ sở dữ liệu trong một hệ thống thống nhất theo mơ hình cơ sở dữ liệu khơng gian (GeoDatabase) nhất theo mơ hình cơ sở dữ liệu khơng gian (GeoDatabase)
Cơ sở dữ liệu tích hợp được quản lý bằng mơ đun ArcCatalog của phần mềm ArcGIS với hệ quản trị cơ sở dữ liệu SQL Server 2005.
Các lớp thông tin của từng cơ sở dữ liệu thành phần được lưu trữ và quản lý bằng các feature. Các cơ sở dữ liệu thành phần có thể được lưu trữ dưới các hệ tọa độ khác nhau.
Cơ sở dữ liệu địa hình thủy văn cơ bản: Hệ tọa độ VN-2000, kinh tuyến trung ương.
Cơ sở dữ liệu đất đai: Hệ tọa độ VN-2000, kinh tuyến địa phương.
Hình 3.6. Quản lý cơ sở dữ liệu tích hợp bằng ArcCatalog 3.3.1.3. Chức năng quản lý các dạng tư liệu bản đồ 3.3.1.3. Chức năng quản lý các dạng tư liệu bản đồ
Các chức năng quản lý tư liệu đo đạc, bản đồ được xây dựng trên nền GIS được thiết kế và xây dựng để quản lý các số liệu về đo đạc, bản đồ đang được lưu trữ tại Sở Tài nguyên và Môi trường. Các chức năng kết hợp quản lý dữ liệu số và tài liệu giấy trong một môi trường thống nhất phục vụ công tác quản lý, tổng hợp số liệu về đo đạc, bản đồ.
- Kết hợp việc quản lý dữ liệu số với thông tin về dữ liệu giấy đo đạc bản đồ trong một hệ thống đảm bảo tính đầy đủ, an tồn, có tổ chức, thuận tiện cho việc tìm kiếm và xử lý.
- Thơng tin trong hệ thống được cập nhật kịp thời, chức năng cập nhật dữ liệu tiện dụng. Cho phép người nhập sử dụng dễ dàng những nguồn số liệu đã có trên giấy hoặc từ các tệp dữ liệu nguồn.
- Dữ liệu được bảo vệ khỏi những truy cập trái phép (Những người khơng có tên trong danh sách người sử dụng, những người có tên nhưng khơng có quyền sử dụng).
- Đảm bảo khả năng tìm kiếm, tra cứu nhanh chóng những thơng tin cần thiết mà hệ thống đang lưu giữ. Cho phép tìm kiếm theo nhiều tiêu chí và hình thức tìm kiếm khác nhau.
- Phục vụ yêu cầu khai thác sử dụng hệ thống một cách nhanh chóng, thuận lợi, chính xác và an tồn trên mạng.
- Sử dụng bộ mã chuẩn Unicode TCVN 6909 trong tồn hệ thống. - Tính an tồn dữ liệu:
+ Cho phép lưu dự phòng cũng như phục hồi dữ liệu khi có sự cố. + Ngăn cấm những người truy nhập trái phép.
+ Cung cấp công cụ quản trị hệ thống.
+ Công cụ quản trị người - nhóm - tổ chức sử dụng. + Cơng cụ quản trị dữ liệu hệ thống.
- Khả năng mở rộng và nâng cấp:
+ Đảm bảo xây dựng một cơ sở thuận tiện cho việc phát triển và mở rộng hệ thống trong tương lai.
+ Thêm các đơn vị mới, nhóm người và người sử dụng mới vào hệ thống.
+ Xây dựng và phát triển thêm các dịch vụ khác. . Dưới đây là mơ hình hoạt động của nhóm chức năng:
Hình 3.7. Mơ hình vận hành phân hệ quản lý tư liệu bản đồ
Giao diện của mơ đun quản lý tư liệu bản đồ
Nhóm chức năng bao gồm:
- Quản lý hệ thống: Thực hiện chức năng quản lý hệ thống, cập nhật danh mục hệ thống và quản lý người sử dụng