Với cả hai kiểu Geodatabase, chúng ta không chỉ truy cập đƣợc dữ liệu không gian mà cịn có thể xây dựng và lƣu trữ các luật topology riêng trong một tập dữ liệu đối tƣợng địa lý.
2.2 Các bƣớc thiết kế cơ sở dữ liệu địa lý
Hình 2.3 Các bƣớc phát triển của cơ sở dữ liêu GIS Thiết kế một cơ sở dữ liệu GIS bao gồm các bƣớc Thiết kế một cơ sở dữ liệu GIS bao gồm các bƣớc
2.2.1 Thiết kế khái niệm
Ở mức thiết kế này là cơ sở hình thành cơ sở dữ liệu cần xây dựng, đƣợc xây dựng trên cơ sở khảo sát nhu cầu, thông tin, nguồn dữ liệu. Xây dựng một sơ đồ
tổng quát cho các yêu cầu cho cơ sở dữ liệu hệ thông tin địa lý. Mức thiết kế này không phụ thuộc vào phần cứng hoặc phần mềm, chỉ quan tâm đến các mục tiêu ứng dụng mà ngƣời dùng đòi hỏi.
2.2.2 Thiết kế logic
Trong mức thiết kế này, cơ sở dữ liệu đƣợc mô tả chi tiết, bao gồm các hạng mục tin, các mối quan hệ dữ liệu, đặt mức độ chính xác, các thủ tục đảm bảo toàn vẹn dữ liệu. Thiết kế logic cũng đƣa ra cấu trúc của các thành phần trong cơ sở dữ liệu (còn gọi là cấu trúc cơ sở dữ liệu). Mức thiết kế này là khởi điểm của các công việc tin học. Ngƣời thiết kế phải hiểu rõ tính năng của hệ thống phần mềm quản trị cơ sở dữ liệu. Trong mức này, ngƣời thiết kế đƣa ra các phƣơng án để lựa chọn các thành phần cơ sở dữ liệu của hệ thông tin địa lý.
2.2.3 Thiết kế vật lý
Mức này là sự triển khai và điều chỉnh thành quả của mức logic trên các phần cứng, phần mềm cụ thể là hệ thơng tin địa lý.
Phần địi hỏi khắt khe nhất của q trình phát triển hệ thơng tin địa lý là xây dựng cơ sở dữ liệu. Địi hỏi nhiều thời gian nhất, chi phí nhiều tiền nhất, và yêu cầu nỗ lực trong lập kế hoạch và quản lý.
2.3 Mơ hình hóa dữ liệu
Mơ hình hóa dữ liệu là một q trình định nghĩa các hiện tƣợng hay các yếu tố địa lý mà đặc điểm và những mối quan hệ giữa chúng đƣợc quan tâm. Liên quan tới thực hiện tổ chức thơng tin và cấu trúc dữ liệu.
Có ba mức về mơ hình hóa dữ liệu, những mơ hình tăng dần nghi thức định nghĩa chính xác hơn trong cơ sở dữ liệu hệ thông tin địa lý.
2.3.1 Mơ hình hóa khái niệm
Định nghĩa rộng và tổng quát phạm vi yêu cầu của cơ sở dữ liệu. Mơ hình hóa dữ liệu mức khái niệm: nhận biết, nhận diện nội dung dữ liệu và mơ tả nó trong
liệu hệ thơng tin địa lý cần làm gì, làm sao sẽ thực hiện đƣợc. Trên cơ sở đó, sẽ xác định tất cả các dạng nhu cầu về dữ liệu của ngƣời dùng nhằm thực hiện mục tiêu nói trên.
Hình 2.4 Mơ hình cơ sở dữ liệu khái niệm khơng gian đơn giản
2.3.2 Mơ hình hóa logic
Xác định yêu cầu ngƣời sử dụng cơ sở dữ liệu với những định nghĩa rõ ràng những thuộc tính và những mối quan hệ. Trong mức này, cơ sở dữ liệu đƣợc đặc tả chi tiết, bao gồm các hạng mục tin, các mối quan hệ dữ liệu, đặt độ chính xác, các thủ tục đảm bảo sựtoàn vẹn dữ liệu. Thiết kế logic đƣa ra cấu trúc của các thành phần trong cơ sở dữ liệu (cấu trúc cơ sở dữ liệu). Đây là công việc nhằm chuyển đổi thiết kế khái niệm thành thiết kế logic của cơ sở dữ liệu.
Hình 2.5 Chuyển đổi từ mơ hình E-R thành thiết kế logic cơ sở dữ liệu
2.3.3 Mơ hình hóa vật lý
Xác định cấu trúc dữ liệu bên trong và tổ chức các file dữ liệu trong cơ sở dữ liệu.
Hình 2.6 Ví dụ lƣợc đồ vật lý
Hình 2.7 Những mức độ rút gọn trong tổ chức thơng tin
2.4 Mơ hình hóa Geodatabase với UML
Mơ hình dữ liệu Geodatabase là mơ hình dữ liệu hƣớng đối tƣợng cho dữ liệu địa lý. Để tạo đƣợc chi tiết đối tƣợng, mối quan hệ giữa chúng và thể hiện của nó, chúng ta có thể sử dụng UML, một ngơn ngữ mơ hình hóa thống nhất (Unified Modeling Language). Sử dụng các CASE Tool để tạo ra công cụ lƣu trữ (lƣợc đồ Geodatabase) và thể hiện của đối tƣợng.
2.4.1 Ngơn ngữ mơ hình hóa thống nhất – UML (Unified Modeling Language)
UML là ngơn ngữ mơ hình hóa đối tƣợng phổ biến. Với UML bạn có thể xây dựng mơ hình đối tƣợng để có thể hiểu rõ hơn về hệ thống trong sự phát triển của nó. Mơ hình hóa giúp bạn hiểu đƣợc hệ thống phức tạp nhƣ thế nào. UML đã và đang là chuẩn ký hiệu công nghiệp cho thiết kế hƣớng đối tƣợng. UML ra mắt vào năm 1996 do Jacobson và Booch viết nên. UML đƣợc tạo ra nhằm chuẩn hóa ngơn ngữ mơ hình hóa, dùng để đặc tả, trực quan hóa và tƣ liệu hóa phần mềm hƣớng đối tƣợng. UML là một ngơn ngữ mơ hình hố thống nhất có phần chính bao gồm
hiện và miêu tả các thiết kế của một hệ thống. Nó là một ngơn ngữ để đặc tả, trực quan hoá, xây dựng và làm sƣu liệu cho nhiều khía cạnh khác nhau của một hệ thống có nồng độ phần mềm cao. UML có thể đƣợc sử dụng làm cơng cụ giao tiếp giữa ngƣời dùng, nhà phân tích, nhà thiết kế và nhà phát triển phần mềm.
Hình 2.8 Biểu đồ UseCase mức chi tiết
Mục đích chính của UML là để xây dựng mơ hình cho các hệ thống phần mềm, nó có thể đƣợc sử dụng một cách hiệu quả trong nhiều lĩnh vực nhƣ:
- Hệ thống thông tin doanh nghiệp - Ngân hàng và dịch vụ tài chính - Viễn thông
- Giao thông
- Hàng không và quốc phịng - Máy móc điện tử dùng trong y tế - Khoa học
2.4.2 Các thành phần của UML
2.4.2.1 Các phần tử mang tính cấu trúc
- Lớp (Class): Là một tập hợp các đối tƣợng có cùng một tập thuộc tính, các hành vi, các mối quan hệ với những đối tƣợng khác
Hình 2.9 Ví dụ một lớp trong UML
- Hợp tác (Collaboration): Thể hiện một giải pháp thi hành bên trong hệ thống, bao gồm các lớp/đối tƣợng, mối quan hệ và sự tƣơng tác giữa chúng để đạt đƣợc một chức năng mong đợi của Use Case.
- Giao diện (Interface): Là một tập hợp các phƣơng thức tạo nên dịch vụ của một lớp hoặc một thành phần. Nó chỉ ra một tập các phƣơng thức ở mức khai báo chứ không phải ở mức thực thi.
- Usecase: Là mô tả một tập hợp của nhiều hành động tuần tự mà hệ thống thực hiện để đạt đƣợc một kết quả có thể quan sát đƣợc đối với một tác nhân cụ thể nào đó. Tác nhân là những gì ở bên ngồi mà tƣơng tác với hệ thống. Nó thể hiện chức năng mà hệ thống sẽ cung cấp cho tác nhân. Tập hợp các Use case của hệ thống sẽ tạo nên tất cả các trƣờng hợp mà hệ thống có thể đƣợc sử dụng.
Hình 2.10 Usecase trong UML
2.4.2.2 Các phần tử thể hiện hành vi
Hình 2.11 Tƣơng tác trong UML
2.4.2.3 Các phần tử mang tính chất nhóm
- Gói (Package): Dùng để nhóm các phần tử có một ý nghĩa chung nào đó vào thành nhóm. Khơng giống nhƣ các thành phần (tồn tại trong lúc thực thi), một package chỉ mang tính trừu tƣợng. Package dùng để nhìn hệ thống ở một mức độ tổng quát hơn so với việc xem xét từng phần tử trong package.
- Annotational: là các chú thích dùng để mơ tả, làm sáng tỏ và ghi chú về bất cứ phần tử nào trong mơ hình. Thƣờng dùng nhất là Note gồm các ràng buộc hoặc ghi chú, đƣợc gắn với một phần tử hoặc một tập hợp các phần tử.
2.4.2.4 Các mối quan hệ (Relationship)
- Quan hệ phụ thuộc (Dependency): Thể hiện mối quan hệ nếu có sự thay đổi một đối tƣợng này sẽ ảnh hƣởng đến đối tƣợng kia
Hình 2.12 Ký hiệu Quan hệ phụ thuộc
- Quan hệ kết hợp (Association): Là mối quan hệ liên kết giữa 2 lớp. Khi một đối tƣợng của lớp này gửi thông điệp tới hoặc nhận thông điệp từ một đối tƣợng của lớp kia thì ta nói giữa 2 lớp có mối quan hệ association.
Hình 2.13 Quan hệ kết hợp trong UML
- 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 thông 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 thông 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