- Quan hệ tập hợp (Aggreagation): Là một dạng đặc biệt của quan hệ liên kết. Nó là mối quan hệ tổng thể - bộ phận.
- Quan hệ kế thửa (Generalization): Là mối quan hệ tổng quát hóa/cụ thể hóa trong đó đối tƣợng cụ thể sẽ kế thừa các thuộc tính và phƣơng thức của đối tƣợng tổng quát.
Hình 2.15 Quan hệ kế thừa
2.4.2.5 Các biểu đồ (Diagrams)
- Biểu đồ lớp (Class Diagram): Bao gồm một tập hợp các lớp, các giao diện, các collaboration và mối quan hệ giữa chúng. Nó thể hiện mặt tĩnh của hệ thống.
- Biểu đồ đối tƣợng (Object Diagram): Bao gồm một tập hợp các đối tƣợng và mối quan hệ giữa chúng. Đối tƣợng là một thể hiện của lớp, biểu đồ đối tƣợng là một thể hiện của biều đồ lớp.
- Biểu đồ UseCase (UseCase Diagram): Khái niệm actor: là những ngƣời, hệ thống khác ở bên ngồi phạm vi của hệ thống mà có tƣơng tác với hệ thống. Biểu đồ Use case bao gồm một tập hợp các Use case, các actor và thể hiện mối quan hệ tƣơng tác giữa actor và Use case. Nó rất quan trọng trong việc tổ chức và mơ hình hóa hành vi của hệ thống.
- Biểu đồ trình tự (Sequence Diagram): là một dạng biểu đồ tƣơng tác biểu diễn sự tƣơng tác giữa các đối tƣợng theo thứ tự thời gian. Nó mơ tả các đối tƣợng liên quan trong một tình huống cụ thể và các bƣớc tuần tự trong việc trao đổi các thơng báo giữa các đối tƣợng đó để thực hiện một chức năng nào đó của hệ thống.
- Biểu đồ hợp tác (Collaboration): Biểu đồ Collaboration là một cách khác để thể hiện một tình huống có thể xảy ra trong hệ thống. Nhƣng nó tập trung vào việc thể hiện việc trao đổi qua lại các thông báo giữa các đối tƣợng chứ không quan tâm đến thứ tự của các thơng báo đó. Có nghĩa là
- Biểu đồ chuyển trạng thái (Statechart): Chỉ ra một máy chuyển trạng, bao gồm các trạng thái, các bƣớc chuyển trạng và các hoạt động. Nó đặc biệt quan trọng trong việc mơ hình hóa hành vi của một lớp giao diện hay collaboration và nó nhấn mạnh vào các đáp ứng theo sự kiện của một đối tƣợng, điều này rất hữu ích khi mơ hình hóa một hệ thống phản ứng.
- Biểu đồ hoạt động (Activity): Là một dạng đặc biệt của biểu đồ chuyển trạng. Nó chỉ ra luồng đi từ hoạt động này sang hoạt động khác trong một hệ thống. Nó đặc biệt quan trọng trong việc xây dựng mơ hình chức năng của hệ thống và nhấn mạnh tới việc chuyển đổi quyền kiểm soát giữa các đối tƣợng.
- Biểu đồ thành phần (Component): chỉ ra cách tổ chức và sự phụ thuộc của các thành phần. Nó liên quan tới biểu đồ lớp, trong đó một thành phần thƣờng ánh xạ tới một hay nhiều lớp, giao diện, collaboration.
2.4.3 Các quy tắc của UML
Các thành phần của UML không thể ngẫu nhiên đặt cạnh nhau. Nhƣ bất cứ một ngơn ngữ nào, UML có những quy tắc chỉ ra rằng một mơ hình tốt sẽ nhƣ thế nào. Một mơ hình tốt là mơ hình mang tính nhất qn và có sự kết hợp hài hịa giữa các mơ hình có liên quan của nó. UML có một số quy tắc nhƣ sau:
- Đặt tên: có thể truy xuất các phần tử của mơ hình thì phải đặt tên cho chúng nhƣ tên của các quan hệ, biểu đồ ...
- Xác định phạm vi: ngữ cảnh mang lại ý nghĩa cụ thể cho tên của phần tử - Tính nhìn thấy đƣợc: để có đƣợc sự đơn giản và dễ kiểm sốt thì ở những
ngữ cảnh khác nhau cần chỉ ra rằng một cái tên là hiện hữu và đƣợc sử dụng bởi đối tƣợng khác nhau nhƣ thế nào
- Tính tồn vẹn: các quan hệ một cách đúng đắn và nhất quán với nhau nhƣ thế nào.
2.4.4 Mơ hình hóa Geodatabase với UML
2.4.4.1 Sử dụng UML để mơ hình hóa cấu trúc Geodatabase
Sử dụng UML, chúng ta có thể mơ hình đối tƣợng bao gồm các thành phần Geodatabase. Cũng giống nhƣ cách mà lƣợc đồ mơ hình đối tƣợng trong ArcGIS giúp chúng ta hiểu đƣợc ArcObjects, việc mơ hình hóa Geodatabase sử dụng UML để thấy đƣợc rõ hơn cấu trúc và thể hiện của hệ thống. Ví dụ, có thể dễ dàng thấy đƣợc các feature class đƣợc bao gồm trong một mạng hình học, các feature đƣợc liên kết thông qua mối liên hệ giữa các lớp hay các thông tin mà các feature cung cấp. Những đối tƣợng này có thể đƣợc chia thành những thành phần có cấu trúc, thơng số và thể hiện riêng, đƣợc tổng hợp trong bảng dƣới đây:
Thành phần có cấu trúc Tham số Thể hiện riêng
Tập dữ liệu đối tƣợng địa lý Mạng trắc địa Lớp đối tƣợng Lớp liên kết Trƣờng Subtypes Phần tử Miền Quy tắc kết nối Quy tắc liên kết Đặc trƣng riêng Những mở rộng lớp đối tƣợng Giao diện riêng
Bảng 2.3 Bảng tổng hợp các thành phần của cấu trúc Geodatabase
2.4.4.2 Sử dụng ESRI CASE Tools
Quan điểm thiết kế các ứng dụng GIS sử dụng cơng nghệ ESRI ngày nay là đƣa tồn bộ các dữ liệu không gian (bao gồm cả dữ liệu đồ họa và thuộc tính, các quan hệ ...) vào một cơ sở dữ liệu Geodatabase. Việc thiết kế Geodatabase là thiết kế lƣợc đồ lớp (Class Diagram).
Hình 2.16 Sử dụng ESRI CASE Tools để mơ hình hóa Geodatabase
Đầu tiên tạo một mơ hình đối tƣợng UML cho cấu trúc Geodatabase. Mơ hình này có thể dựa trên mẫu sẵn có đƣợc cung cấp bởi ESRI trong ArcGIS. Những mẫu này đƣợc tích hợp trong Microsoft Visio hay Rational Software Corporation’s Rational Rose và có thể tìm thấy trong CASE Tools trong bộ cài ArcGIS. Các mẫu này bao gồm lƣợc đồ UML của mơ hình đối tƣợng ArcGIS cần thiết để mơ hình hóa một Geodatabase. Sau khi tạo đƣợc và kiểm tra mơ hình, cần phải xuất nó ra file XML hay Microsoft Repository. Định dạng lựa chọn phụ thuộc vào phần mềm mơ hình hóa. XMI (XML Metadata Interchange) đƣợc sử dụng nhiều hơn Repository. Có thể tạo lƣợc đồ Geodatabase cho mơ hình dữ liệu sử dụng ESRI Schema Wizard trong ArcCatalog.
Hình 2.17 Mơ hình hóa khái niệm
2.5 Quy định về ngơn ngữ biểu diễn mơ hình cấu trúc dữ liệu GIS
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 mơ hình cấu trúc dữ liệu GIS, ngơn ngữ biểu diễn mơ 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.
2.5.1 Quy định áp dụng ngơn ngữ biểu diễn mơ hình cấu trúc dữ liệu địa lý
Ngơn ngữ mơ hình hố thống nhất (UML) đƣợc áp dụng để biểu diễn các lƣợc đồ khái niệm nói chung và lƣợc đồ cấu trúc dữ liệu địa lý (lƣợc đồ ứng dụng) cho việc định nghĩa thông tin địa lý cơ sở và các loại thông tin địa lý khác.
2.5.2 Giới hạn áp dụng UML
UML đƣợc áp dụng trong định nghĩa mơ hình cấu trúc dữ liệu địa lý bao gồm các thành phần sau đây:
a) Gói UML (UML package) đƣợc sử dụng để biểu diễn một mơ hình cấu trúc dữ liệu;
c) Quan hệ (Relationship) đƣợc sử dụng để biểu diễn mối quan hệ giữa các lớp UML hoặc giữa các gói UML gồm các kiểu quan hệ sau đây:
- Liên kết (Association);
- Tổng quát hoá (Generalization); - Kết tập (Aggregation);
- Tổ hợp (Composition); - Phụ thuộc (Dependency).
d) Mẫu phân loại (Stereotype) đƣợc sử dụng để chỉ ra một lớp UML hoặc một gói UML để biểu diễn một loại cấu trúc dữ liệu cụ thể bao gồm các mẫu phân loại sau đây:
- ApplicationSchema đƣợc áp dụng trong trƣờng hợp sử dụng một gói UML để mô tả một lƣợc đồ ứng dụng;
- Leaf đƣợc áp dụng khi mơ tả một gói UML con nhỏ nhất;
- Abstract đƣợc áp dụng trong trƣờng hợp sử dụng một lớp UML để mô tả một kiểu đối tƣợng địa lý hoặc một kiểu dữ liệu trừu tƣợng;
- Enumeration đƣợc áp dụng trong trƣờng hợp sử dụng một lớp UML để mô tả danh sách cố định các giá trị của một miền giá trị;
- CodeList đƣợc áp dụng trong trƣờng hợp sử dụng một lớp UML để mô tả danh sách có thể mở rộng các giá trị của một miền giá trị;
- DataType đƣợc áp dụng trong trƣờng hợp sử dụng một lớp UML để mô tả một kiểu dữ liệu;
- Feature đƣợc áp dụng trong trƣờng hợp sử dụng một lớp UML để mô tả một kiểu đối tƣợng địa lý;
- Union đƣợc áp dụng trong trƣờng hợp sử dụng một lớp UML để mô tả một kiểu dữ liệu dạng tập hợp;
- MetaClass đƣợc áp dụng trong trƣờng hợp sử dụng một lớp UML để mô tả một siêu lớp;
- Interface đƣợc áp dụng trong trƣờng hợp sử dụng một lớp UML để mô tả một lớp giao diện.
2.6 Lựa chọn cơng nghệ
Hiện nay có khá nhiều phần mềm GIS đang đƣợc sử dụng ở Việt Nam nhƣ: ArcInfo, ArcView, MapInfo, Ilwis, Idrisi, .... Mỗi phần mềm đều có điểm mạnh và điểm yếu riêng.
a) Các phần mềm MapInfo (Intergraph): đều là các phần mềm có một số tính năng của GIS nhƣ: tạo vùng đệm, phân tích mạng, phân tích vùng, bề mặt, tạo mơ hình số địa hình ... tuy nhiên vẫn chƣa phải là phần mềm GIS hoàn chỉnh. MapInfo có hệ quản trị cơ sở dữ liệu dạng Dbase, cấu trúc dữ liệu dạng Vector khơng có quan hệ Topology, dữ liệu thuộc tính (dạng bảng biểu).
b) Các phần mềm Idrisi và Ilwis là các phần mềm tích hợp để xử lý ảnh viễn thám và công nghệ GIS. Chúng có một số chức năng nhƣ: phân tích ảnh số, phân tích bề mặt, tạo vùng đệm, chuyển đổi và định dạng file .... Cấu trúc dữ liệu bao gồm dạng Vector, Raster có và khơng có quan hệ Topology, dữ liệu thuộc tính. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu là Dbase, Inernal database, Lotus và Oracle.
c) ArcGIS là một bộ các sản phầm phần mềm của hãng ESRI bao gồm các gói sản phẩm độc lập, là ArcView, ArcEditor và ArcInfo. Trên thực tế ArcGIS là một khái niệm chung và khi cài đặt ngƣời dùng phải xác định và lựa chọn một trong các gói sản phẩm trên.
ArcView là sản phẩm có giá thành thấp và cũng là sản phẩm cơ bản nhất với
cung cấp cho ngƣời sử dụng các công cụ làm việc với thông tin địa lý, đặc biệt là việc quản trị và cập nhật dữ liệu trở nên dễ dàng hơn, phù hợp với nhu cầu ngƣời sử dụng.
ArcEditor và ArcInfo cũng tƣơng tự nhƣ Arcview, tuy nhiên ở mỗi gói sản phầm thì cấp độ cũng nhƣ các cơng cụ phân tích nâng cao sẽ đƣợc bổ sung và tăng dần từ ArcEditor đến ArcInfo. ArcInfo là sản phẩm đƣợc phát triền đầy đủ nhất với mọi tính năng mà ESRI cung cấp. Đặc biệt chỉ trong ArcInfo mới có các cơng cụ để nhập và xuất các định dạng dữ liệu khác nhau.
ArcGIS có hệ quản trị cơ sở dữ liệu là DB2, Dbase, DS, Foxbase, Infomix, Info, Ingres, Oracle, RDB, Inernal database.
Theo những kết quả từ thực tiễn thì cơng nghệ phần mềm ArcGIS là một hệ thống phần mềm GIS khá hồn chỉnh từ việc thiết kế mơ hình dữ liệu, lƣu trữ, phân tích dữ liệu, hiển thị trình bày dữ liệu, đặc biệt là cho phép phân phối trao đổi dữ liệu (có thể xuất, nhập các định dạng dữ liệu khác nhau, đặc biệt là định dạng UML). Các chuẩn dữ liệu của ArcGIS cũng phù hợp với các tiểu chuẩn quốc tế về thơng tin địa lý. Vì vậy, việc lựa chọn cơng nghệ ArcGIS với gói sản phẩm ArcInfo là đúng đắn và thích hợp.
2.7 Lựa chọn cơng cụ để thiết kế cơ sở dữ liệu
Luận văn này sử dụng chƣơng trình Microsoft Visio (MS.Visio) để thiết kế mơ hình cơ sở dữ liệu. MS.Visio là một chƣơng trình vẽ sơ đồ thơng minh, đƣợc tích hợp vào bộ Microsoft Office từ phiên bản MS2003. MS.Visio cho phép thể hiện bản vẽ một cách trực quan. Hơn nữa, trong ArcGIS có tệp Visio ArcInfo UML Models mẫu. Lƣợc đồ ArcInfo UML Model bao gồm các đối tƣợng cần thiết sử dụng UML để mơ hình hóa cơ sở dữ liệu khơng gian.
Hình 2.18 Màn hình khởi động của MS.Visio
Visio là một trong các phần mềm của bộ Microsoft Office hỗ trợ việc thiết lập các bản vẽ kỹ thuật, sơ đồ, biểu đồ trong nhiều lĩnh vực; hỗ trợ việc truyền đạt ý tƣởng thiết kế, kinh doanh, tiếp thị thông qua các tài liệu thiết kế, biểu đồ, sơ đồ; giúp chúng ta hiểu, nhận biết những vấn đề quan trọng một cách nhanh nhất. Microsoft Visio hỗ trợ hầu hết các lĩnh vực: xây dựng, điện-điện tử, nhân sự, dự án, kinh doanh, tin học,....
Microsoft Visio đƣợc trang bị bộ công cụ vẽ nhanh chóng với độ chính xác cao. Đối tƣợng thao tác là các dạng hình chuẩn chứa trong các nhóm chức năng của từng lĩnh vực. Chúng ta chỉ cần sử dụng chuột kéo dạng hình có sẵn vào bản vẽ. Sau đó thực hiện các phép hiệu chỉnh và kết nối thành bản vẽ yêu cầu.
Thiết kế mơ hình dữ liệu trong MS.Visio bao gồm các bƣớc: - Thiết kế mơ hình đối tƣợng
- Tạo các gói UML và các lƣợc đồ - Thiết lập các thẻ giá trị
- Tạo nhóm lớp - Tạo lớp
- Xuất mơ hình sang định dạng XML - Kiểm tra mơ hình dữ liệu
2.8 Quy trình cơng nghệ
Cơ sở dữ liệu lớp phủ rừng đƣợc xây dựng từ nhiều nguồn dữ liệu khác nhau. Trên thực tế có những nguồn tƣ liệu cơ bản đảm bảo chất lƣợng để xây dựng cơ sở dữ liệu nhƣ: bản đồ chuyên đề lớp phủ rừng, bản đồ biến động rừng, các số liệu của các cơ quan có liên quan, ....
Sơ đồ quy trình cơng nghệ để xây dựng cơ sở dữ liệu lớp phủ rừng:
Hình 2.19 Quy trình cơng nghệ thiết kế cơ sở dữ liệu hệ thông tin địa lý
a) Công tác chuẩn bị: Trong công tác chuẩn bị ở đây bao gồm việc thu thập các
lớp phủ, bản đồ biến động, ...) và các số liệu thống kê về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội cũng nhƣ các số liệu liên quan khác.
Tùy thuộc vào mục đích xây dựng cơ sở dữ liệu nào ta sẽ tập trung khai thác, tìm tịi các loại dữ liệu sao cho phù nhất.
b) Công tác làm sạch và chuẩn hóa cơ sở dữ liệu:
- Làm sạch dữ liệu: Trƣớc khi đƣa dữ liệu vào Hệ thông tin địa lý cần phải
đƣợc làm sạch tất cả các yếu tố nhƣ: đƣờng cắt chƣa tới, đoạn đƣờng quá nhiều đỉnh, trùng lặp nhiều đƣờng trên một vị trí, khơng đóng vùng đối tƣợng ....
- Chuẩn hóa cơ sở dữ liệu:
+ Xác định hệ tọa độ: đây đƣợc coi nhƣ là xƣơng sống của cơ sở dữ liệu,
do vậy các lớp thông tin đƣợc tạo lập hay thu thập, cập nhật phải đƣợc xác định ở một hệ tọa độ duy nhất. Tránh trƣờng hợp cùng một mảnh bản đồ nhƣng các lớp thông tin ở hệ tọa độ khác nhau dẫn đến sai sót khi chồng khớp lớp thơng tin.
+ Chuẩn hóa các lớp thơng tin: việc chuẩn hóa ở đây có thể theo các
phƣơng thức: chuẩn mơ hình dữ liệu, chuẩn nội dung dữ liệu, chuẩn về khuôn dạng dữ liệu cho lƣu trữ và trao đổi thông tin giữa các hệ thống, chuẩn về siêu dữ liệu.
c) Xây dựng và hoàn thiện khung cơ sở dữ liệu: Trong bƣớc này cần tập trung
vào mục đích của việc xây dựng và hồn thiện khung cơ sở dữ liệu, về mặt