3.1.1. Tổng quan về chuẩn thông tin địa lý cơ sở Quốc gia
Như chúng ta đã biết Chuẩn thông tin địa lý cơ sở là những khái niệm mang tính chất tiền đề, là nền tảng định hướng cho quá trình định nghĩa, tạo ra dữ liệu địa lý, quản lý dữ liệu địa lý, cung cấp các dịch vụ thông tin địa lý.
Trong thực tế sử dụng dữ liệu địa lý đặt ra rất nhiều các nhu cầu khác nhau, các nhu cầu này cũng có các đòi hỏi khác nhau. Chính vì vậy, xuất phát từ yêu cầu thực tế là các hệ thống thông tin nói chung và các hệ thống thông tin địa lý nói riêng luôn có nhu cầu giao tiếp với nhau, nghĩa là thông tin sẽ được truyền tải từ hệ thống này sang hệ thống khác. Vì vậy yêu cầu đặt ra là làm thế nào để các hệ thống có thể hiểu được thông tin và cấu trúc thông tin của nhau, phương pháp đơn giản và có hiệu qủa nhất là các hệ thống phải xây dựng cấu trúc thông tin của mình theo một tập các quy tắc chung.
Xuất phát từ các yêu cầu đó, chuẩn thông tin địa lý cơ sở Quốc gia được xây dựng nhằm đáp ứng các yêu cầu chuẩn hoá cho các hoạt động sau:
- Xây dựng dữ liệu địa lý: dữ liệu địa lý phải được xây dựng trên cơ sở một bộ chuẩn thông tin địa lý chung, nhằm đảm bảo toàn bộ dữ liệu địa lý đều được xây dựng dựa trên các mô hình khái niệm và các quy tắc chung;
- Trao đổi và chia sẻ dữ liệu địa lý: dữ liệu địa lý được trao đổi và chia sẻ trên cơ sở mọi dữ liệu địa lý được định nghĩa và xây dựng theo một bộ chuẩn thông tin địa lý chung, được mã hoá theo các chuẩn mở, độc lập nền tảng, và được chia sẻ thông qua các dịch vụ về thông tin địa lý mở.
- Cập nhật dữ liệu địa lý: các chuẩn thông tin địa lý được thiết kế sao cho có thể hỗ trợ tối đa cho các hoạt động cập nhật dữ liệu địa lý.
Có thể thấy chuẩn thông tin địa lý cơ sở Quốc gia có vai trò rất quan trọng trong việc xây dựng hệ thống thông tin địa lý. Nó đưa ra một cách nhìn khoa học, thống nhất về dữ liệu địa lý, làm rõ cấu trúc và nội dung của dữ liệu địa lý, nâng cao khả năng ứng dụng của dữ liệu địa lý, nâng cao khả năng cập nhật, trao đổi của dữ liệu, nâng cao năng lực, hiệu quả, cũng như lợi ích kinh tế của việc sử dụng, khai thác thông tin địa lý.
Chuẩn thông tin địa lý cơ sở Quốc gia gồm 9 quy chuẩn sau đây:
1. Quy chuẩn mô hình cấu trúc dữ liệu địa lý;
2. Quy chuẩn mô hình khái niệm không gian;
3. Quy chuẩn mô hình khái niệm thời gian;
4. Quy chuẩn phân loại đối tượng địa lý;
5. Quy chuẩn hệ quy chiếu tọa độ;
6. Quy chuẩn siêu dữ liệu địa lý;
7. Quy chuẩn chất lượng dữ liệu địa lý;
8. Quy chuẩn trình bày dữ liệu địa lý;
9. Quy chuẩn mã hóa trong trao đổi dữ liệu địa lý.
Chuẩn thông tin địa lý cơ sở quốc gia được xây dựng trên quan điểm kế thừa, do đó, nó có quan hệ mật thiết với các thành phần sau đây:
- Các chuẩn thông tin địa lý quốc tế (ISO 19100) đang được áp dụng để chuẩn hoá dữ liệu địa lý cơ sở quốc gia;
- Các quy phạm kỹ thuật và các quy định hiện hành có liên quan đến việc chuẩn hoá thông tin địa lý cơ sở (các loại danh mục đối tượng bản đồ, các quy phạm thành lập và biên tập bản đồ, hướng dẫn thẩm định chất lượng biên tập bản đồ…);
- Các sản phẩm dữ liệu địa lý cơ sở có được từ việc áp dụng các quy định chuẩn hoá thông tin địa lý cơ sở;
- Các loại đối tượng sử dụng các sản phẩm dữ liệu địa lý cơ sở, cũng như các sản phẩm dẫn xuất từ dữ liệu địa lý cơ sở;
- Các quy trình kỹ thuật - công nghệ và công cụ phần mềm cần thiết nhằm thúc đẩy việc áp dụng và triển khai chuẩn thông tin địa lý cơ sở trong thực tiễn.
Tóm lại, bộ chuẩn thông tin địa lý cơ sở là nền tảng kỹ thuật, pháp lý quan trọng để triển khai xây dựng các quy chuẩn kỹ thuật dữ liệu cụ thể. Việc áp dụng chung một bộ chuẩn thông tin địa lý cơ sở sẽ đảm bảo được tính thống nhất, tính kế thừa và đảm bảo khả năng trao đổi dữ liệu địa lý sau này.
3.1.2. Giới thiệu các nội dung cơ bản của các quy chuẩn thông tin địa lý cơ sở Quốc gia.
Theo quyết định số 06/2007/QĐ-BTNMT ngày 27 tháng 02 năm 2007 của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường, 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 trường. Quyết định này là cơ sở pháp lý và khoa học để đưa ra các giải pháp kỹ thuật công nghệ khi xây dựng chuẩn dữ liệu địa chính Việt Nam. Các phần sau đây sẽ trình bày giới thiệu về nội dung các quy chuẩn, từ đó đưa ra các vấn đề cơ bản khi áp dụng chuẩn thông tin địa lý cơ sở quốc gia để xây dựng chuẩn dữ liệu địa chính Việt Nam.
3.1.2.1. Quy chuẩn mô hình cấu trúc dữ liệu địa lý a) Ngôn ngữ biểu diễn mô hình cấu trúc dữ liệu địa lý
Để biểu diễn các lược đồ khái niệm nói chung và lược đồ cấu trúc dữ liệu địa lý (lược đồ ứng dụng) cho việc định nghĩa hệ thống thông tin địa lý cơ sở và các hệ thống thông tin địa lý chuyên ngành sử dụng ngôn ngữ mô hình hóa thống nhất (UML).
Định nghĩa mô hình cấu trúc dữ liệu địa lý được sử dụng UML bao gồm các thành phần như:
- Gói UML: để biểu diễn một mô hình cấu trúc dữ liệu;
- Lớp UML: dùng để biểu diễn kiểu đối tượng địa lý, hoặc kiểu dữ liệu trong một lược đồ ứng dụng; Biểu diễn các khái niệm trong các mô hình khái niệm với tên lớp là duy nhất, các thuộc tính của lớp có thể được xác định trực tiếp trong lớp đó hoặc gián tiếp thông qua các quan hệ với các lớp khác, tên thuộc tính phải đảm bảo yêu cầu duy nhất trong một lớp UML, số thể hiện và kiểu giá trị thuộc tính có thể nhận;
- Quan hệ: Các gói UML hoặc các lớp UML có mối quan hệ với nhau được biểu diễn theo kiểu quan hệ liên kết hoặc mối quan hệ tổng quát hoá, kết tập, tổ hợp và phụ thuộc;
- Mẫu phân loại: Để chỉ ra một lớp UML hoặc một gói UML khi biểu diễn một loại cấu trúc dữ liệu cụ thể phải sử dụng bởi các mẫu phân loại nhất định.
b) Mô hình đối tượng địa lý tổng quát
Chuẩn thông tin địa lý cơ sở quốc gia quy định mô hình cấu trúc dữ liệu địa lý khái niệm phải được định nghĩa và biểu diễn dưới dạng một lược đồ ứng dụng.
Lược đồ ứng dụng bao gồm định nghĩa về các kiểu đối tượng địa lý, khái niệm lớp trong UML được áp dụng để biểu diễn các kiểu đối tượng địa lý, và quan hệ giữa các lớp UML được áp dụng để biểu diễn các quan hệ giữa các kiểu đối tượng địa lý.
Một mô hình đối tượng địa lý tổng quát được áp dụng cho các mục đích sau:
- Để phân loại và định nghĩa kiểu đối tượng địa lý trong danh mục đối tượng địa lý hoặc trong lược đồ ứng dụng;
- Để quy định cấu trúc và nội dung danh mục đối tượng địa lý;
- Để quy định lược đồ trình bày dữ liệu địa lý.
Một kiểu đối tượng địa lý được định nghĩa bởi các đặc tính cơ bản như:
- Tên gọi của kiểu đối tượng địa lý
- Định nghĩa hoặc mô tả về kiểu đối tượng địa lý - Các thuộc tính của kiểu đối tượng địa lý
- Các quan hệ liên kết giữa các kiểu đối tượng địa lý
- Các quan hệ tổng quát hóa và chi tiết hóa giữa các kiểu đối tượng địa lý.
Các đặc tính cơ bản này được mô hình hóa trong một mô hình khái niệm gọi là mô hình đối tượng địa lý tổng quát.
Các khái niệm dùng để định nghĩa kiểu đối tượng địa lý được thể hiện trong mô hình đối tượng địa lý tổng quát dưới đây:
Hình 3.1. Mô hình đối tượng địa lý tổng quát
Trong mô hình đối tượng địa lý tổng quát các khái niệm dùng để thể hiện mô tả các kiểu đối tượng địa lý là các lớp UML với các đặc tính, thuộc tính và kiểu quan hệ giữa các kiểu đối tượng địa lý như:
- GF_FeatureType là siêu lớp mà thể hiện của nó là lớp UML mô tả các kiểu đối tượng địa lý trong lược đồ ứng dụng;
- GF_PropertyType là lớp trừu tượng mô tả đặc tính của các kiểu đối tượng địa lý;
- GF_AttributeType là siêu lớp mà thể hiện của nó là các lớp UML mô tả các thuộc tính của các kiểu đối tượng địa lý trong lược đồ ứng dụng;
- GF_InheritanceRelation là lớp mô tả quan hệ kế thừa giữa các kiểu đối tượng địa lý;
- GF_AssociationType là siêu lớp mô tả kiểu quan hệ liên kết giữa các kiểu đối tượng địa lý;
- GF_AssociationRole là siêu lớp mô tả vai trò của lớp trong các quan hệ liên kết.
c) Các quy tắc xây dựng lược đồ ứng dụng
Một lược đồ ứng dụng UML khi xây dựng phải tuân theo các quy tắc được quy định trong quy chuẩn mô hình cấu trúc dữ liệu địa lý trong bộ quy chuẩn thông tin địa lý cơ sở quốc gia.
Các quy tắc xây dựng lược đồ ứng dụng được áp dụng cho các mục đích sau đây:
- Để mô tả các kiểu đối tượng địa lý được định nghĩa theo mô hình đối tượng địa lý tổng quát bằng UML trong lược đồ ứng dụng;
- Để định nghĩa cấu trúc dữ liệu trong một lược đồ ứng dụng;
- Để xây dựng lược đồ ứng dụng cho các loại dữ liệu địa lý chuyên ngành trong phạm vi ngành tài nguyên môi trường và trong các lĩnh vực khác.
Các quy tắc cơ bản được áp dụng để xây dựng lược đồ ứng dụng dữ liệu địa lý bao gồm:
- Quy tắc đặt tên lược đồ ứng dụng: Lược đồ ứng dụng phải có tên gọi và số phiên bản chúng được ghi nhận trong tài liệu mô tả gói UML; Lược đồ ứng dụng được mô tả bởi một gói UML.
- Quy định về lập tài liệu mô tả lược đồ ứng dụng: Lược đồ ứng dụng phải có tài liệu mô tả chi tiết kèm theo và có thể được kết xuất tự động từ công cụ phần
mềm hỗ trợ xây dựng lược đồ ứng dụng; Thông tin mô tả sự liên quan giữa lược đồ ứng dụng và danh mục đối tượng địa lý được ghi nhận trong tài liệu mô tả lược đồ ứng dụng nếu tồn tại mối quan hệ giữa các lớp hoặc các thành phần UML khác trong lược đồ ứng dụng với các thông tin đã được chỉ ra trong tài liệu danh mục đối tượng địa lý; Tài liệu mô tả của các kiểu đối tượng địa lý được biểu diễn trong lược đồ ứng dụng phải tuân thủ các quy định trong quy chuẩn phương pháp lập danh mục đối tượng địa lý.
- Quy tắc định nghĩa thuộc tính không gian, thuộc tính thời gian và các thuộc tính khác của kiểu đối tượng địa lý trong lược đồ ứng dụng:
+ Thuộc tính không gian trong lược đồ ứng dụng được định nghĩa theo quy tắc: Đặc tính không gian của đối tượng địa lý có thể được mô tả bởi một hoặc nhiều thuộc tính không gian; Trong một lược đồ ứng dụng thuộc tính không gian được biểu diễn bởi thuộc tính của lớp UML hoặc quan hệ liên kết giữa lớp UML mô tả một kiểu đối tượng địa lý với một lớp UML mô tả một kiểu đối tượng không gian.
Một thuộc tính không gian phải có giá trị là các đối tượng không gian. Các đối tượng không gian được phân loại thành: kiểu đối tượng hình học và kiểu đối tượng Topo. Hai loại này được phân loại chi tiết thành kiểu đối tượng nguyên thủy, kiểu đối tượng phức, hoặc kiểu đối tượng tập hợp (đối với kiểu đối tượng hình học);
+ Quy tắc định nghĩa thuộc tính thời gian trong lược đồ ứng dụng:
Đặc tính thời gian của đối tượng địa lý được mô tả bởi các thuộc tính thời gian dẫn xuất từ thuộc tính đối tượng địa lý; Trong lược đồ ứng dụng thuộc tính thời gian được biểu diễn dưới dạng thuộc tính của lớp UML; Thuộc tính thời gian có thể được sử dụng dưới dạng thuộc tính của thuộc tính, trong trường hợp này thuộc tính phải là một kiểu dẫn xuất của một trong số các đối tượng thời gian;
+ Quy tắc định nghĩa thuộc tính chủ đề trong lược đồ ứng dụng:
Các thuộc tính chủ đề được định nghĩa trong lược đồ ứng dụng phải phù hợp các đặc tả trong chuẩn thông tin địa lý cơ sở quốc gia; Các thuộc tính chủ đề của đối
tượng địa lý phải được định nghĩa như là kiểu thuộc tính chủ đề trong mô hình GFM; Trong lược đồ ứng dụng, thuộc tính chủ đề phải được định nghĩa là thuộc tính của lớp UML. Trong đó, kiểu của thuộc tính phải là một trong số các kiểu dữ liệu nguyên thủy hoặc các kiểu dữ liệu do người dùng tự định nghĩa được quy định trong chuẩn cơ sở địa lý;
+ Quy tắc mô tả kiểu đối tượng địa lý được định nghĩa theo mô hình đối tượng địa lý tổng quát bằng UML trong lược đồ ứng dụng;
+ Quy tắc sử dụng danh mục đối tượng địa lý khi xây dựng lược đồ ứng dụng:
Nếu mô hình khái niệm của danh mục đối tượng được xây dựng tuân theo quy chuẩn này và tương thích với mô hình đối tượng địa lý tổng quát thì có thể sử dụng các thông tin từ danh mục đối tượng địa lý để xây dựng lược đồ ứng dụng theo quy tắc mô tả kiểu đối tượng địa lý của mô hình đối tượng địa lý tổng quát bằng UML trong lược đồ ứng dụng.
3.1.2.2. Quy chuẩn mô hình khái niệm không gian
Quy chuẩn mô hình khái niệm không gian được áp dụng cho các mục đích sau đây:
- Để chuẩn hoá các mô hình không gian được áp dụng để mô tả các thuộc tính không gian của đối tượng địa lý;
- Để định nghĩa thuộc tính không gian cho các kiểu dữ liệu địa lý trong lược đồ ứng dụng.
Cấu trúc tổng quát mô hình khái niệm không gian được cấu thành bởi hai mô hình khái niệm không gian thành phần sau đây:
- Mô hình khái niệm không gian hình học là mô hình thông tin không gian của đối tượng địa lý được mô tả bằng các kiểu đối tượng hình học;
- Mô hình khái niệm không gian Topo là mô hình thông tin không gian của đối tượng địa lý được mô tả bằng các kiểu đối tượng Topo.
Hai mô hình khái niệm không gian nêu trên được mô hình hoá bằng UML thành hai gói sau đây:
Trong đó:
+ Gói Geometry mô tả mô hình khái niệm không gian hình học;
+ Gói Topology mô tả mô hình khái niệm không gian Topo.
- Mô hình khái niệm không gian hình học bao gồm các gói UML được mô tả qua lược đồ lớp UML với sự mô tả các kiểu đối tượng hình học là mối quan hệ liên kết để xác định thông tin về hệ quy chiếu tọa độ của đối tượng hình học, mô tả các kiểu đối tượng hình học nguyên thủy và các kiểu dữ liệu để biểu diễn hình bao cho các kiểu đối tượng hình học nguyên thủy tương ứng.
- Mô hình khái niệm không gian Topo
Mô hình khái niệm không gian Topo bao gồm các gói UML sau đây: Gói Topology root được mô tả qua lược đồ lớp là lớp mô tả một giao diện chung; Gói Topological primitive bao gồm các lớp mô tả các kiểu đối tượng topo nguyên thủy biểu diễn các tính chất bất biến của các kiểu đối tượng hình học nguyên thủy tương ứng; Gói Topology complex TP_Complex là lớp mô tả kiểu topo phức. Một đối tượng topo phức được cấu thành bởi một hoặc nhiều đối tượng topo nguyên thủy
- Quan hệ giữa gói Geometry và gói Topology các kiểu dữ liệu được mô tả trong hai gói Geometry và Topology đều có thể được áp dụng để biểu diễn đặc tính không gian cho các kiểu đối tượng địa lý. Các kiểu dữ liệu này có thể được sử dụng độc lập hoặc kết hợp với nhau. Quan hệ giữa gói Geometry và gói Topology quan hệ liên kết giữa đối tượng hình học và đối tượng topo, và quan hệ không gian giữa các đối tượng hình học.
3.1.3. Quy chuẩn mô hình khái niệm thời gian