Quá trình xây dựng

5. Cấu trúc luận văn

3.1.2. Quá trình xây dựng

3.1.2.1. Khảo sát thực tế

Quận Hoàng Mai vùng đất nằm ở phía đông nam thành phố Hà Nội. Diện tích tự nhiên là 4.104,1 ha (41 km²)

Tổng số dân là 214.759 người. Phía đông giáp huyện Gia Lâm Tây và nam giáp huyện Thanh Trì.

Bắc giáp quận Thanh Xuân và quận Hai Bà Trưng

Gồm 14 đơn vị hành chính trực thuộc là 14 phường được hình thành trên cơ sở toàn bộ 9 xã và một phần xã Tứ Hiệp của huyện Thanh Trì, và 5 phường của quận Hai Bà Trưng.

Quận Hoàng Mai có đường giao thông thuỷ trên sông Hồng. Quận có các đường giao thông quan trọng đi qua gồm: Quốc lộ 1A, 1B, đuờng vành đai 3, cầu Thanh Trì, đường vành đai 2,5.

Qua khảo sát sơ bộ, hiện Phòng GD-ĐT quận Hoàng Mai đang chịu trách nhiệm quản lý:

- 18 trường tiểu học (17 trường công lập và 1 trường ngoài công lập). - 16 trường THCS (16 trường công lập và 1 trường ngoài công lập).

Đây là một khối lượng công việc không hề nhỏ khi mà phòng GD phải quản lý nhiều mặt, từ cán bộ giáo viên, chất lượng đào tạo, cơ sở vật chất.

3.1.2.2. Thu thập bản đồ nền và dữ liệu

- Bản đồ nền: bản đồ quy hoạch quận Hoàng Mai tỉ lệ 1:20000. - Dữ liệu về giáo dục:

+ Niên giám thống kê.

3.1.2.3. Lựa chọn phần mềm ứng dụng

* Yêu cầu

Xây dựng hệ thống GIS cần phải chọn phần mềm thích hợp. Để lựa chọn phần mềm cho việc xây dựng CSDL địa lý là bài toán đối với các cơ quan, tổ chức đang hoạt động trên lĩnh vực GIS, phải xem xét trên nhiều khía cạnh khác nhau. Những tiêu chí mà một phần mềm cần đáp ứng, bao gồm:

- Hỗ trợ quản trị CSDL không gian đa người dùng

- Hỗ trợ giao dịch, truyền tải dữ liệu không gian trên mạng cho phần mềm khách (client)

- Giá chuyển giao công nghệ thấp - Hỗ trợ lập trình GIS

- Có thể kết hợp với các công nghệ nền khác, với các hợp phần do người lập trình tự phát triển.

Sự chọn lựa phần mềm nào phụ thuộc vào khả năng, nhu cầu và mục đích sử dụng của từng nơi. Trong các công nghệ nền GIS thương mại hiện nay, đáng chú ý nhất là công nghệ của viện nghiên cứu môi trường ESRI cung cấp các giải pháp tương đối đồng bộ cho việc xây dựng một hệ thống GIS. Điểm mạnh nhất của công nghệ GIS của ESRI là quản trị CSDL không gian đa người dùng trên mạng diện rộng, hỗ trợ giao dịch, truyền tải dữ liệu không gian trên mạng cho phần mềm khách. Giải pháp mạng của ESRI được phát triển hoàn chỉnh và đồng bộ. Tuy nhiên có một nhược điểm cơ bản khi áp dụng ở nước ta đó là giá thành chuyển giao khá cao.

ESRI cung cấp cho nhà phát triển các giải pháp công nghệ sau đây để xây dựng một ứng dụng GIS hoàn chỉnh:

- ArcGIS: lưu trữ và quản trị dữ liệu không gian và thuộc tính, tích hợp vào các hệ quản trị CSDL quan hệ như Access, Foxpro,…

- MapObjects: hỗ trợ lập trình GIS theo công nghệ nhúng OLE trong môi trường Windows.

* Cấu trúc bộ phần mềm ArcGIS

ArcGIS của hãng ESRI là một bộ tích hợp các sản phẩm phần mềm với mục tiêu xây dựng một hệ thông tin địa lý hoàn chỉnh. ArcGIS có thể thực hiện các chức năng về GIS trên máy trạm, máy chủ, dịch vụ Web hay thiết bị di động. Với các kỹ thuật này cho phép người dùng có được các công cụ quản lý một hệ thống GIS phức tạp. ArcGIS bao gồm:

- Desktop GIS: ArcView, ArcEditor, ArcInfo và các phần mở rộng - Server GIS: ArcGIS Server, ArcIMS, ArcSDE

- Embedded GIS: ArcGIS Engine - Mobile GIS: ArcPad, ArcGIS Engine

Hình 3.2. Cấu trúc của bộ sản phẩm ArcGIS * ArcGIS Desktop

ArcGIS Desktop là một module trong ArcGIS, bao gồm 3 sản phẩm: ArcView, ArcEditor, ArcInfo. Mỗi sản phẩm cung cấp các chức năng về GIS và được phân cấp theo chức năng tăng dần, từ ArcView đến ArcInfo. Cách quản lý sản

phẩm và tính kết hợp động giữa các sản phẩm này cho phép thực hiện các thao tác mềm dẻo cho người dùng cuối.

- ArcInfo là sản phẩm hoàn thiện nhất, trở thành sản phẩm chuẩn về GIS. Về

kiến trúc, ArcInfo gồm ba ứng dụng chính là ArcToolbox, ArcCatalog, ArcMap.

- ArcToolbox: cung cấp các chức năng xử lý và phân tích không gian với hơn

100 công cụ để thao tác với dữ liệu.

- ArcCatalog: để quản lý, theo dõi các dữ liệu đã có hoặc tạo mới và mô tả các dữ liệu mới.

- ArcMap: dùng để hiển thị, chỉnh sửa dữ liệu không gian cũng như dữ liệu

thuộc tính của đối tượng. Các bản đồ được tạo ra trong ArcMap.

* Các ưu điểm của ArcGIS

ArcGIS thể hiện tính vượt trội của nó với các đặc điểm sau:

- Tính tương thích cao: các sản phẩm phần mềm ArcGIS được xây dựng trên chuẩn công nghiệp gồm: NET, Java và COM để tuỳ biến và hệ quản trị cơ sở dữ liệu, XML, SOAP, TCP/IP và HTTP cho môi trường mạng.

- Hệ thống đa chức năng: khả năng biên tập, phân tích dữ liệu GIS mạnh với các mô hình quản lý và mô hình dữ liệu cao cấp, hiện đại.

- Tính mềm dẻo: khả năng phục vụ cho hầu hết các đối tượng, từ người dùng đơn lẻ đến các cơ quan, tổ chức, cho bất kỳ đối tượng nào có nhu cầu sử dụng CSDL lớn hay có yêu cầu sửa đổi hay cập nhật CSDL một cách đồng thời.

- Tạo ứng dụng thông qua giao diện Web: cho phép người dùng có thể xây dựng các vị trí đối tượng trên bản đồ, xem, phân tích và đưa ra quyết định bằng các ứng dụng GIS thông qua Internet.

- Hỗ trợ các nhà phát triển hệ thống: các thư viện của phần mềm, bộ mã nguồn cung cấp cho các nhà phát triển hệ thống những ví dụ, kinh nghiệm tốt để phát triển

các phần mềm với nhiều tuỳ chọn như phát triển độc lập, xây dựng các ứng dụng có nhúng hàm GIS hay phát triển dựa trên nền phần mềm có sẵn.

* Định dạng dữ liệu phổ biến trong ArcGIS

 Shapefile

Là một tập các đối tượng đồng nhất về kiểu dữ liệu không gian (gồm các kiểu Point, Polyline, Polygon, MultiPoint, MultiPatch).

Shapefile lưu trữ cả về dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính với bốn file chính:

- File .prj : lưu trữ thông tin về hệ toạ độ

- File .shp : chứa các đối tượng dạng không gian - File .dbf : bảng thuộc tính

- File .shx : chỉ số để liên kết đối tượng và bảng thuộc tính

 Coverage

Là định dạng để trình bày dữ liệu vector trong ArcInfo, có hiệu quả cao đối với dữ liệu không gian và topology: dữ liệu thuộc tính được lưu trong các bảng quan hệ có thể tuỳ chọn kết nối với các cơ sở dữ liệu khác.

Coverage kết hợp dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính cùng các quan hệ topology trong đối tượng. Dữ liệu không gian được lưu ở các file nhị phân và dữ liệu thuộc tính cùng với dữ liệu topology được lưu ở các INFO table.

Coverage được lưu trong máy tính dưới dạng một thư mục. Tên thư mục chính là tên coverage, một tập hợp các coverage được tổ chức lại một nơi gọi là workspace.

Một coverage bao gồm một tập hợp các file, mỗi file trong số đó lưu một phần thông tin về lớp đối tượng.

- Feature dataset: Là một tập hợp các lớp đối tượng (feature class) có cùng hệ tham chiếu tọa độ.

- Feature class: Lưu một tập các đối tượng địa lý cùng loại (điểm, đường, vùng)

- Table: Là bảng lưu thông tin phụ trợ cho một lớp đối tượng

- Relationship class: Thể hiện quan hệ giữa các lớp đối tượng và các bảng:

Hình 3.3. Mô tả cấu trúc geodatabase

Những ưu điểm của geodatabase:

- Có thể cài đặt sẵn các chức năng và được lưu trữ toàn vẹn trong một cơ sở dữ liệu.

- Có thể lưu dữ liệu của các lớp đối tượng (feature class) có kích thước lớn. - Dựa trên các đối tượng hình học cơ bản như: điểm, đường, vùng,… người dùng có thể định nghĩa các đối tượng tuỳ chọn như: ống dẫn, thửa đất,…

- Các đối tượng tuỳ chọn này có các hành vi đặc biệt mô tả đối tượng trong thế giới thực. Người dùng có thể sử dụng các hành vi đó để hỗ trợ cho các mô hình phức tạp như mạng, ngăn ngừa các lỗi về dữ liệu, tùy chọn cách hiển thị đối tượng và tùy chọn các mẫu để khảo sát các thuộc tính của đối tượng.

Với những tính năng ưu việt của mình, ArcGIS đã trở thành một lựa chọn hàng đầu trong công tác ứng dụng GIS vào thực tiễn. Trong quá trình thực hiện đề tài này em sử dụng ArcGIS Desktop 9.2 với tuỳ chọn cài đặt ArcInfo.

3.1.2.4. Chuyển đổi định dạng bản đồ và biên tập

 Chọn lựa các đối tượng không gian cần thiết theo như CSDL không gian đã xây dựng, sau đó dùng công cụ Universal Translator trong MapInfo để chuyển đổi các file .TAB của MapInfo sang dạng shapefile của ArcGIS.

 Tạo Geodatabase QLGD_CG

Trong ArcCatalog tạo một Personal Geodatabase đặt tên là QLGD_CG.  Trong ArcCatalog tạo các Feature Dataset như CSDL không gian đã xây dựng ở phần trước.

 Dùng công cụ Conversion Tools trong ArcCatalog để chuyển định dạng shapefile về geodatabase, đưa vào các FeatureDataset tương ứng.

Hình 3.4. Minh hoạ một FeatureDataset

 Biên tập lại bản đồ nền trên ArcGIS.

Sử dụng các công cụ của ArcMap để biên tập lại các lớp đối tượng không gian.

3.1.2.5. Xây dựng CSDL ngành giáo dục quận Hoàng Mai

 Trong ArcCatalog tạo các bảng (Table) với cấu trúc đã thiết kế để chứa các số liệu về giáo dục.

Hình 3.5. Một số bảng thuộc tính về giáo dục

 Tạo các quan hệ (RelationshipClass) để kết nối các bảng liên quan.

Hình 3.6. Các RelationShip Class

 Dựa trên các bảng số liệu thống kê về giáo dục đã thu thập được, tiến hành nhập dữ liệu cho các bảng tương ứng

Hình 3.7. Nhập dữ liệu cho bảng Giaovien

3.1.2.6. Hoàn thiện dữ liệu

Sau khi dữ liệu không gian và thuộc tính của các đối tượng cần thiết đã được hoàn chỉnh, tiến hành biên tập nhằm hiển thị các đối tượng trên bản đồ theo phân loại các đối tượng, tỉ lệ bản đồ, các lớp hiển thị, màu sắc, font chữ…

Hình 3.9. Giao diện bản đồ trong ArcMap

3.2. Khai thác hệ thống quản lý giáo dục quận Hoàng Mai trên ArcGIS Desktop

3.2.1. Tìm kiếm vị trí trường học trên bản đồ

Trong ArcMap, các đối tượng có thể được truy vấn theo vị trí trên bản đồ hoặc theo thuộc tính của chúng. ArcMap cung cấp một số công cụ hữu ích để khai thác thông tin.

* Tìm kiếm theo vị trí ( Select by Location)

Đây là cách thức tìm kiếm các đối tượng trường thông qua các quan hệ không gian. ArcMap cho phép tìm kiếm các đối tượng dựa trên quan hệ vè vị trí địa lý.

- are crossed by the outline of another feature: chọn đối tượng bị cắt bởi đường bao của các đối tượng ở lớp khác.

- are within a distance of: chọn đối tượng cách các đối tượng ở lớp khác trong một khoảng nhất định.

- are completely within: chọn các đối tượng nẳm trọn bên trong đối tượng của lớp khác.

- are contained by: chọn đối tượng nằm trong đối tượng của lớp khác bao gồm cả đối tượng tiếp xúc với đường bao.

- completely contain: chọn các đối tượng chứa đối tượng của lớp khác. VD: Tìm các trường tiểu học trong khu vực phường Định Công

- Chọn công cụ Select Feature Using an Area trong mục Task để thực hiện chọn theo vùng.

- Chọn địa phận phường Định Công trên bản đồ.

- Chọn Selection -> Select by Location để mở cửa sổ Select by Location.

- Đánh dấu vào lớp đối tượng cần tìm (Tieuhoc) - Chọn phương thức are completely within.

- Trong mục the Feature in this layer ta chọn lớp Diaphan_XP.

- Đánh dấu vào mục Use selected Feature và chọn Apply - Các đối tượng sẽ được đánh dấu trên bản đồ.

Hình 3.10. Tìm kiếm theo vị trí * Tìm kiếm theo thuộc tính (Select by Atribute)

Bằng cách sử dụng công cụ Select by Atribute, chúng ta có thể tìm kiếm với nhiều câu lệnh truy vấn khác nhau dựa trên các bảng thuộc tính của đối tượng. VD: Tìm những trung học cơ sở công lập được công nhận đạt chuẩn quốc gia trong quận.

- Vào Menu Selection -> Select by Atribute. - Chọn Layer là lớp cần truy vấn (THCS)

Hình 3.11. Tìm kiếm theo thuộc tính

- Nhấn Apply trên bản đồ sẽ đánh dấu các trường trung học cơ sở công lập đạt chuẩn quốc gia trong quận.

* Tìm kiếm theo từ khoá

- Dùng công cụ Find (Edit -> Find).

- Nhập từ khoá vào ô trống và chọn Find, đối tượng cần tìm sẽ được hiển thị trên bản đồ

Hình 3.13. Tìm kiếm theo từ khoá

3.2.2. Tra cứu thông tin về các trường

* Xem thông tin cơ bản về các trường

Chọn công cụ Identify của ArcMap rồi chọn một đối tượng trường trên bản đồ, các thông tin cơ bản về các trường sẽ được hiển thị.

Hình 3.14. Xem thông tin cơ bản của các trường * Tra cứu thông tin về các trường trong bảng thuộc tính

Chúng ta có thể tra cứu các thông tin về cơ sở vật chất, giáo viên, chất lượng đào tạo… của các trường từ các bảng thuộc tính tương ứng.

3.2.3. Phân tích, thống kê, đánh giá thông tin để hỗ trợ việc quản lý

ArcGIS hỗ trợ người sử dụng trong công tác lập báo cáo thống kê, lập các biểu đồ; giúp cho việc phân tích, đánh giá hiệu quả hơn.

Hình 3.16. Biểu đồ số học sinh các trường cấp 2 trên địa bàn quận

3.2.4 Phân tích không gian, hỗ trợ lập kế hoạch

ArcGIS có khả năng hỗ trợ rất tốt cho người dùng để đưa ra các phân tích, nhận định, đánh giá, nhằm mục đích giải quyết các yêu cầu đặt ra trong công tác quản lý. Với sự trợ giúp của ArcGIS, người quản lý có thể đưa ra các dự báo, lập các kế hoạch phát triển ngành một cách hiệu quả. Tuy nhiên việc ứng dụng ArcGIS trong quản lý như thế nào còn phải dựa trên yêu cầu thực tế của bài toán đặt ra, đồng thời cũng dựa vào kinh nghiệm và khả năng phân tích thông tin của người quản lý. Trong việc quản lý giáo dục hiện nay, có khá nhiều bài toán đặt ra đối với người làm công tác quản lý. Có thể nêu ra một vài bài toán mà việc ứng dụng GIS vào đó có thể hỗ trợ công tác quản lý như:

- Lập kế hoạch đầu tư hợp lý cho các trường có cơ sở vật chất kém. - Lên kế hoạch xây dựng các trường đạt chuẩn quốc gia.

- Tìm kiếm một vị trí thuận lợi để xây dựng trường mới.

Ví dụ:Tìm địa điểm để xây dựng trường mầm non trên địa bàn phường Định Công – quận Hoàng Mai.

3.2.4.1. Địa bàn nghiên cứu:

Phường Định Công nằm ở phía Tây Nam Quận Hoàng Mai

Phía Đông giáp phường Phương Liệt, quận Thanh Xuân và phường Thịnh Liệt

Phía Nam giáp phường Đại Kim

Phía Tây giáp phường Khương Đình quận Thanh Xuân Phía Bắc giáp phường Khương Mai quận Thanh Xuân

Diện tích: 275,5 ha với dân số 44.495 nhân khẩu được chia thành 24 khu dân cư với 84 tổ dân phố, có trình độ dân trí không đồng đều.

Cơ cấu dân số biến động thường xuyên do phường đang trong quá trình đô

Các kiểu đối tượng không gian

Toạ độ không gian trong GIS