Xây dựng hệ thống quản lý thông tin đất đai tại huyện đức phổ, quảng ngãi trên nền webgis

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGUYỄN THỊ CÚC

XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ
THÔNG TIN ĐẤT ĐAI TẠI HUYỆN ĐỨC PHỔ,
QUẢNG NGÃI TRÊN NỀN WEBGIS

LUẬN VĂN THẠC SĨ HỆ THỐNG THÔNG TIN

Đà Nẵng - Năm 2017


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGUYỄN THỊ CÚC

XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ
THÔNG TIN ĐẤT ĐAI TẠI HUYỆN ĐỨC PHỔ,
QUẢNG NGÃI TRÊN NỀN WEBGIS

Chuyên ngành: HỆ THỐNG THÔNG TIN
Mã số: 61.49.01.04

LUẬN VĂN THẠC SĨ HỆ THỐNG THÔNG TIN

Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. VÕ TRUNG HÙNG

Đà Nẵng - Năm 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn “Xây dựng hệ thống quản lý thông tin đất đai tại
huyện Đức Phổ, Quảng Ngãi trên nền WebGIS” là cơng trình nghiên cứu của riêng
cá nhân tôi, không sao chép của ai do tôi tự nghiên cứu, đọc, dịch tài liệu, tổng hợp và
thực hiện. Nội dung lý thuyết trong luận văn tơi có sử dụng một số tài liệu tham khảo
như đã trình bày trong phần tài liệu tham khảo. Các số liệu, chương trình phần mềm
và những kết quả trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ
một cơng trình nào khác.
Để thực hiện thành công luận văn, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Võ
Trung Hùng người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ tơi trong suốt q trình làm
luận văn. Qua đây tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo Trường Đại học Sư
phạm Đà Nẵng đã truyền đạt những kiến thức và tạo điều kiện để tơi hồn thành tốt
luận văn này.
Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Cúc


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1
1. Tính cấp thiết của đề tài .....................................................................................1
2. Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài ..............................................................................3
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .....................................................................3
4. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................3
5. Ý nghĩa của đề tài .............................................................................................. 4
6. Kết quả đạt được ................................................................................................ 4
7. Bố cục của luận văn ........................................................................................... 4

CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN ............................................................. 6
1.1. HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) ............................................................. 6
1.1.1. Khái niệm .....................................................................................................6
1.1.2. Các thành phần của GIS ..............................................................................8
1.1.3. Chức năng của GIS ....................................................................................11
1.1.4. Một số ứng dụng của GIS ..........................................................................12
1.2. GIỚI THIỆU VỀ WEBGIS ................................................................................... 12
1.2.1. Khái niệm ...................................................................................................12
1.2.2. Kiến trúc WebGIS .....................................................................................13
1.2.3. Cấu trúc triển khai......................................................................................15
1.2.4. Chiến lược phát triển .................................................................................16
1.3. CÁC CÔNG CỤ HỖ TRỢ .................................................................................... 19
1.3.1. GeoServer ..................................................................................................19
1.3.2. PostgreSQL/PostGIS .................................................................................21
1.3.3. OpenLayers ................................................................................................ 24
1.3.4. QGIS ..........................................................................................................25
1.3.5. Apache Tomcat .......................................................................................... 27
1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG ......................................................................................... 27
CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG ............................................. 28
2.1. MÔ TẢ ỨNG DỤNG ............................................................................................ 28
2.1.1. Mục đích của ứng dụng .............................................................................28
2.1.2. Đối tượng sử dụng .....................................................................................28


2.1.3. Yêu cầu của từng đối tượng .......................................................................28
2.1.4. Yêu cầu chức năng .....................................................................................28
2.2. ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ......................................................................................... 29
2.3. PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG.................................................................. 31
2.3.1. Phân loại người sử dụng ............................................................................31
2.3.2. Phân tích hệ thống......................................................................................31

2.3.3. Thiết kế hệ thống .......................................................................................32
2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG ......................................................................................... 41
CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH VÀ THỬ NGHIỆM..................... 42
3.1. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH .......................................................................... 42
3.1.1. Quy trình hoạt động của WebGIS ............................................................. 42
3.1.2. Quy trình hiển thị bản đồ trong GeoServer lên giao diện WebGIS...........43
3.1.3. Hiển thị các lớp dữ liệu trên Geoserver .....................................................44
3.1.4. Các bước triển khai xây dựng hệ thống .....................................................46
3.2. XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ............................................................................ 49
3.2.1. Thiết kế các bảng nhập liệu .......................................................................49
3.2.2. Nhập dữ liệu............................................................................................... 49
3.2.3. Xem dữ liệu ............................................................................................... 50
3.3. THỰC NGHIỆM CHƯƠNG TRÌNH ................................................................... 51
3.3.1. Giao diện đăng nhập vào hệ thống ............................................................ 51
3.3.2. Giao diện chính cho người dùng................................................................ 51
3.3.3. Giao diện cho người biên tập .....................................................................55
3.3.4. Giao diện cho người quản trị .....................................................................56
3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG ......................................................................................... 56
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ................................................................ 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO)


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
GIS

Geographic Information System

GPS

Global Positioning System

TOPP

The Open Planning Project

OGC

Open Geospatial Consortium

WMS

Web Map Service

WFS

Web Feature Service

CSDL

Cơ sở dữ liệu

SLD

Styled Layer Desrciptor

XML

Extensible Markup Language

WCS

Web Coverage Service

URL

Uniform Resource Locator

GML

Geography Markup Languge

API

Application Programming Interface - Giao diện lập trình ứng dụng

HTML

HyperText Markup Language

CGI

Common Gateway Interface

DBMS

Database Management System

HTTP

HyperText Transfer Protocol

ODBC

Open Database Connectivity

OSM

OpenStreetMap – Bản đồ đường sá mở


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu bảng

Tên bảng

Trang

3.1

Bảng dữ liệu Địa phận "Diaphan"

49

3.2

Bảng dữ liệu Thửa đất "Thuadat"

49

DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu hình

Tên hình

Trang

1.1.

Các thành phần của GIS

8

1.2.

Cấu trúc dữ liệu Raster và Vector

9

1.3.

Mơ hình dữ liệu vector

10

1.4.

Mơ hình dữ liệu Raster

10

1.5.

Mơ hình 3 lớp trong kiến trúc WebGIS

13

1.6.

Các bước xử lý thông tin của WebGIS [4][24]

14

1.7.

Cấu hình chiến lược Server-side [22]

16

1.8.

Cấu hình chiến lược Client side [22]

17

1.9.

Client side và Server side [22]

18

1.10.

Mơ hình GeoServer

21

1.11.

Vị trí của postGIS trong PostgresSQL

23

2.1.

Đề xuất mơ hình cơng nghệ của hệ thống

29

2.2.

Mơ hình User case của hệ thống

32

2.3.

Menu bật/tắt các lớp bản đồ

33

2.4.

Biểu đồ tuần tự của ca sử dụng Đăng nhập

40

2.5.

Biểu đồ tuần tự của ca sử dụng Sửa thông tin thửa
đất

40

3.1.

Quy trình hoạt động của WebGIS [20]

42

3.2.

Quy trình hiển thị bản đồ trong GeoServer [8]

43

3.3.

Các lớp dữ liệu trong Geoserver

44

3.4.

Kết quả hiển thị layer Địa phận "DiaphanLayer"

45

3.5.

Kết quả hiển thị layer Thửa đất "ThuadatLayer"

45

3.6.

Hộp thoại tạo Databases

46

3.7.

Cơ sở dữ liệu Đức Phổ

46

3.8.

Hộp thoại tạo Workspace

47

3.9.

Hộp thoại tạo Store

47

3.10.

Hộp thoại thông tin về kho dữ liệu

48

3.11.

Hộp thoại tạo các lớp dữ liệu

48


Số hiệu hình

Tên hình

Trang

3.12.

Bảng nhập thơng tin cho thửa đất

49

3.13.

Cửa sổ QGIS

50

3.14.

Bảng dữ liệu thửa đất

50

3.15.

Giao diện đăng nhập vào hệ thống

51

3.16.

Giao diện chính của chương trình

51

3.17.

Thay đổi tỉ lệ hiển thị trên bản đồ

52

3.18.

Hiển thị thơng tin thuộc tính thửa đất trên bản đồ

52

3.19.

Hiển thị lớp bản đồ địa phận

53

3.20.

Hiển thị lớp bản đồ thửa đất

53

3.21.

Hiển thị tất cả các lớp trên bản đồ

54

3.22.

Tìm kiếm thơng tin thửa đất theo số từ bản đồ

54

3.23.

Tìm kiếm thơng tin thửa đất theo số thửa và số từ
bản đồ

55

3.24.

Giao diện trang sửa thơng tin thửa đất

55

3.25.

Giao diện trang Thêm, xóa thửa đất

56


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đất đai là nguồn tài nguyên thiên nhiên vô cùng quý giá đối với mỗi quốc gia, là
tư liệu sản xuất đặc biệt, là thành phần quan trọng hàng đầu trong môi trường sống, là

địa bàn phân bố các khu dân cư, xây dựng các cơ sở kinh tế, văn hóa, xã hội, an ninh
và quốc phịng. Do đó, cơng tác quản lý nhà nước về đất đai cần phải nắm chắc các
thông tin về đất như số thửa, số tờ bản đồ, diện tích, mục đích sử dụng, người sử dụng,
vị trí, hình thể thửa đất để phục vụ tốt cơng tác quản lý và đáp ứng nhu cầu hoạt động
của dân cư.
Đức Phổ là huyện đồng bằng ven biển nằm ở phía nam tỉnh Quảng Ngãi, có
diện tích tự nhiên 37.276 ha với địa hình phức tạp, đa dạng, bị chia cắt mạnh, núi và
đồng bằng xen kẽ, một số nhánh núi của dãy Trường Sơn chạy ra tận bờ biển. Là một
trong những huyện đang vươn mình tăng tốc phát triển kinh tế - xã hội, xây dựng đô
thị,… để đưa huyện Đức Phổ trở thành thị xã trực thuộc tỉnh vào năm 2017. Trong
công cuộc đổi mới kéo theo nhu cầu sử dụng đất ngày càng tăng lên một cách nhanh
chóng, tình hình biến động đất đai trong huyện cũng ngày một đa dạng và phức tạp.
Đặc biệt, ở các khu vực đang đơ thị hóa biến động rất nhiều về chuyển quyền sử dụng
đất, chuyển mục đích, thu hồi, giao đất, thế chấp… diễn ra sôi động làm cho công tác
quản lý tài nguyên đất tại huyện Đức Phổ gặp nhiều khó khăn.
Để quản lý tốt cơ sở dữ liệu về đất đai cần phải có một cơng cụ quản lý, cập
nhật thông tin, dữ liệu một cách thường xuyên, đầy đủ và chính xác. Trong các ứng
dụng cơng nghệ thơng tin hiện nay thì Hệ thống thơng tin địa lý
(Geographic Information System – GIS) có thể đáp ứng được yêu cầu này, GIS được
xem như một hệ thống thông tin đa năng, với khả năng quản lý chia sẻ các ứng dụng
thông tin địa lý qua mạng Internet, cơng nghệ GIS được phát triển theo hướng tích
hợp GIS trên nền Web hay còn gọi là WebGIS. WebGIS là xu hướng phổ biến thông
tin mạnh mẽ trên Internet khơng chỉ dưới góc độ thơng tin thuộc tính thuần túy mà
nó kết hợp được với thơng tin khơng gian hữu ích cho người sử dụng. Đây là một


2

hướng đi mới mang lại hiệu quả cao trong nhiều lĩnh vực quản lý tài nguyên, môi
trường cũng như quản lý đất đai.

Ngày nay sự phát triển của công nghệ thơng tin đã thực sự có rất nhiều ảnh
hưởng đến sự phát triển kinh tế - xã hội, sản xuất kinh doanh, quản trị doanh nghiệp,
nó trở thành một cơng cụ hỗ trợ đắc lực trong các công tác quản lý, xây dựng dữ liệu
cũng như đề xuất các chiến lược kinh doanh hiệu quả. Một trong những công cụ được
phát triển mạnh trong những năm gần đây được kể đến là GIS (Geographic
Information System – hệ thống thông tin địa lý), GIS đã được ứng dụng rất nhiều
trong các ngành khoa học có liên quan đến dữ liệu khơng gian, với khả năng quản lý
chia sẽ các ứng dụng thông tin địa lý qua mạng Internet, công nghệ GIS được phát
triển theo hướng tích hợp GIS trên nền Web hay còn gọi là WebGIS. WebGIS là xu
hướng phổ biến thơng tin mạnh mẽ trên Internet khơng chỉ dưới góc độ thơng tin
thuộc tính thuần túy mà nó kết hợp được với thơng tin khơng gian hữu ích cho người
sử dụng. Đây là một hướng đi mới mang lại hiệu quả cao trong nhiều lĩnh vực quản
lý tài nguyên, môi trường cũng như quản lý đất đai.
Trong những năm qua ngành Tài nguyên và Môi trường không ngừng nổ lực
trong việc xây dựng một hệ thống thông tin hiện đại nhằm đáp ứng các mục tiêu quản
lý Nhà nước về đất đai theo hướng xây dựng Chính phủ điện tử và thực hiện chủ trương
kinh tế hóa của ngành, bước đầu đã có một số đơn vị trong nước nghiên cứu xây dựng
hệ thống quản lý thông tin đất đai. Tuy nhiên các nghiên cứu xây dựng hệ thống quản
lý thông tin về đất đai ở tỉnh Quảng Ngãi đặc biệt là huyện Đức Phổ hiện nay chưa
được xây dựng để quản lý thông tin đất đai, chỉ thực hiện quản lý theo thủ cơng.
Xuất phát từ tình hình thực tế trên và tính cấp thiết hiện nay trong cơng tác quản
lý nhà nước về đất đai, việc ứng dụng WebGIS vào công tác quản lý đất đai là rất cần
thiết. Chính vì vậy, sau khi được sự đồng ý, hướng dẫn, động viên và giúp đỡ hết sức
tận tình của PGS.TS. Võ Trung Hùng tôi đã chọn đề tài: “Xây dựng hệ thống quản lý
thông tin đất đai tại huyện Đức Phổ, Quảng Ngãi trên nền WebGIS” làm đề tài
nghiên cứu cho luận văn cao học của mình.


3

2. Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài
2.1. Mục tiêu
Ứng dụng công nghệ WebGIS xây dựng hệ thống quản lý thông tin đất đai tại
huyện Đức Phổ, tỉnh Quảng Ngãi trên mạng Internet nhằm nâng cao hiệu quả quy
hoạch sử dụng đất và góp phần làm minh bạch hóa thị trường đất đai.
2.2. Nhiệm vụ
Để đạt được mục tiêu đề ra, chúng tôi tiến hành thực hiện ba nhiệm vụ sau:
Nhiệm vụ 1, khảo sát, thu thập dữ liệu về đất đai; Nhiệm vụ 2, nghiên cứu lý thuyết
của GIS, WebGIS và các phần mềm hỗ trợ; Nhiệm vụ 3, tổ chức thiết kế các module
khai thác, quản lý dữ liệu tài nguyên đất.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Các văn bản pháp quy hiện hành về quản lý đất đai, hệ thống thông tin địa lý,
thông tin dữ liệu đất đai và bản đồ hiện trạng huyện Đức Phổ.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Trong phạm vi của luận văn chúng tôi lựa chọn phần mềm PostgreSQL/PostGIS
làm công cụ để xây dựng cơ sở dữ liệu. Dữ liệu đất chúng tôi tiến hành khảo sát, thu
thập tại huyện Đức Phổ. Thông qua dữ liệu thu thập được, chúng tôi tiến hành xây
dựng hệ thống quản lý thông tin đất đai bằng WebGIS, hệ thống dữ liệu mà chúng tôi
thực hiện gồm: bản đồ nền, địa phận và thông tin thửa đất.
4. Phương pháp nghiên cứu
4.1. Phương pháp lý thuyết
Trong quá trình triển khai luận văn chúng tôi sử dụng phương pháp thu thập và
xử lý tài liệu về dữ liệu thửa đất như vị trí, các thơng tin thuộc tính thửa đất tại khu
vực Đức Phổ - Quảng Ngãi, các tài liệu được tổng hợp, phân tích và sử dụng trong
các nghiên cứu liên quan đến luận văn.
Để xây dựng ứng dụng chúng tôi sử dụng công nghệ mã nguồn mở Geoserver,
hệ quản trị CSDL PostgreSQL/PostGIS, thư viện JavaScript Openlayer để xây dựng
ứng dụng.

4

4.2. Phương pháp thực nghiệm:
Xây dựng cơ sở dữ liệu, đặc tả chức năng cụ thể của hệ thống.
Phân tích, thiết kế hệ thống.
Xây dựng chương trình và thử nghiệm; Nhận xét và đánh giá kết quả.
5. Ý nghĩa của đề tài
5.1. Ý nghĩa khoa học
Việc xây dựng hệ thống quản lý thông tin đất đai trên nền WebGIS giúp cho
công tác quản lý nhà nước về đất đai được thực hiện trên môi trường công nghệ hiện
đại, khoa học thay thế cho phương thức quản lý truyền thống trên giấy. Qua hệ thống
việc quản lý, cập nhật, chỉnh lý biến động thường xuyên được thực hiện qua mạng
máy tính sẽ giúp cho công tác quản lý nhà nước về đất đai thống nhất, đồng bộ từ cấp
huyện đến cấp tỉnh. Đây là tiền đề quan trọng để hướng đến hồn thiện hệ thống thơng
tin về đất đai hiện đại, đáp ứng nhu cầu tra cứu thông tin đất đai cho người dân và các
cơ quan quản lý qua môi trường mạng máy tính.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Đề tài sẽ giúp cơ quan quản lý nhà nước thực hiện các tác nghiệp về lưu trữ,
quản lý, cập nhật thông tin đất đai một cách nhanh chóng, chính xác, giảm chi chí,
hiệu quả cao. Phục vụ người dùng thuận tiện trong việc tìm kiếm, truy vấn một số
thơng tin đất đai cơ bản.
6. Kết quả đạt được
Lý thuyết: Nắm được lý thuyết nền tảng về GIS, các kỹ thuật đưa bản đồ lên
Web, xuất bản đồ dưới dạng hình ảnh bản đồ thông qua các phần mềm hỗ trợ.
Thực tiễn: Xây dựng chương trình và thực nghiệm hệ thống quản lý dữ liệu đất
đai huyện Đức Phổ, tỉnh Quảng Ngãi.
7. Bố cục của luận văn
Bố cục của luâ ̣n văn đươ ̣c tổ chức thành 3 chương:
Chương 1. Nghiên cứu tổng quan

Trong chương này, luận văn tập trung trình bày các nội dung: Khái niệm về
GIS; các thành phần của GIS, chức năng của GIS; Khái niệm WebGIS, cấu trúc triển


5

khai, chiến lược phát triển WebGIS và giới thiệu một số phần mềm thông dụng hiện
nay cho xây dựng ứng dụng của GIS.
Chương 2. Phân tích thiết kế hệ thống
Đây là một chương quan trọng trong đề tài. Trong chương này luận văn mô tả
ứng dụng, đề xuất giải pháp và phần quan trọng là phân tích và thiết kế hệ thống như:
đặc tả Use Case, thiết kế các mô hình xử lý tổng quát,… để xây dựng hệ thống quản
lý thơng tin đất đai.
Chương 3. Xây dựng chương trình và thực nghiệm
Trong chương này, luận văn mô tả quy trình hoạt động của WebGIS, quy trình
hiển thị bản đồ trong GeoServer lên giao diện WebGIS, các bước triển khai xây dựng
hệ thống, xây dựng cơ sở dữ liệu. Sau đó, thiết kế giao diện cho trang Web và chạy
thử nghiệm chương trình.


6

CHƯƠNG 1

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
1.1. HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS)
1.1.1. Khái niệm
Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - gọi tắt là GIS) là
một nhánh của cơng nghệ thơng tin được hình thành vào cuối thập niên 50, đầu thập
niên 60, nhưng chỉ đến những năm 80 thì GIS mới thực sự có thể phát huy hết khả

năng của mình do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ phần cứng. Từ những năm
1990 trở lại đây thì cơng nghệ GIS đã có một sự phát triển nhảy vọt, trở thành một
công cụ hữu hiệu trong quản lý và trợ giúp việc ra quyết định.
Ngày nay, GIS là công cụ trợ giúp quyết định trong nhiều hoạt động kinh tế xã hội, quốc phòng của nhiều quốc gia trên thế giới. GIS có khả năng trợ giúp các cơ
quan chính phủ, các nhà quản lý, các doanh nghiệp, các cá nhân,... đánh giá được hiện
trạng của các quá trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua các chức
năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thơng tin được gắn với một
nền hình học (bản đồ) nhất quán trên cơ sở toạ độ của các dữ liệu đầu vào [3].
Từ năm 1980 đến nay đã có rất nhiều định nghĩa GIS được đưa ra, tuy nhiên
khơng có định nghĩa nào khái quát đầy đủ về GIS vì phần lớn chúng đều được xây
dựng trên khía cạnh ứng dụng cụ thể trong từng lĩnh vực:
- Xuất phát từ những lĩnh vực địa lý, địa chất, môi trường, tài nguyên,... một số
nhà khoa học sử dụng GIS như là những cơng cụ phục vụ cho cơng trình nghiên cứu
của mình đã định nghĩa GIS:
“Hệ thống thơng tin địa lý là một hệ thống có chức năng xử lý các thông tin địa
lý nhằm phục vụ việc quy hoạch, trợ giúp quyết định trong một lĩnh vực chuyên môn
nhất định” (Pavlidis, 1982) [17].
“Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống sử dụng cơ sở dữ liệu để trả lời các
câu hỏi về bản chất địa lý của các thực thể địa lý” (Goodchild, 1985; Peuquet, 1985)
[14].


7

“GIS là một hộp công cụ mạnh dùng để lưu trữ và truy cập tùy ý, biến đổi và
hiển thị dữ liệu không gian từ thế giới thực cho những mục tiêu đặc biệt” (Burrough,
1986) [9].
- Xuất phát từ những chức năng cần có của một hệ thống thơng tin địa lý, một
số nhà khoa học đã định nghĩa GIS:
“Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống chứa hàng loạt chức năng phức tạp

dựa vào khả năng của máy tính và các tốn tử xử lý thơng tin không gian” (Tomlinson
and Boy, 1981; Dangemond, 1983) [21].
“Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu bằng máy tính
để thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị dữ liệu khơng gian” (NCGIA=National
Center for Geographic Information and Analysis, 1988) [16].
“Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống bao gồm bốn khả năng xử lý dữ liệu
địa lý sau: (1) nhập dữ liệu, (2) quản lý dữ liệu (bao gồm lưu trữ và truy xuất), (3) gia
cơng và phân tích dữ liệu, (4) xuất dữ liệu” (Stan Aronoff, 1993) [20].
“Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống tự động thu thập, lưu trữ, truy vấn,
phân tích và hiển thị dự liệu không gian” (Clarke, 1995) [11].
- Xuất phát từ quan điểm hệ thống thông tin, một số nhà khoa học đã định nghĩa
GIS:
“GIS là một hệ thống thông tin đặc biệt với cơ sở dữ liệu gồm những đối tượng,
những hoạt động hay những sự kiện phân bố trong không gian được biểu diễn như
những điểm, đường, vùng trong hệ thống máy tính. Hệ thống thơng tin địa lý xử lý,
truy vấn dữ liệu theo điểm, đường, vùng phục vụ cho những hỏi đáp và phân tích đặc
biệt” (Dueker, 1979) [12].
“Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống thơng tin bao gồm một số phụ hệ
(subsystems) có khả năng biến đổi các dữ liệu địa lý thành những thơng tin có ích”
(Calkins and Tomlinson, 1977; Marble, 1984) [10].
“GIS là một hệ thống thông tin được thiết kế để làm việc với dữ liệu có tham
chiếu tọa độ địa lý. Nói cách khác, GIS là hệ thống gồm hệ cơ sở dữ liệu với những
dữ liệu có tham chiếu khơng gian và một tập những thuật tốn để làm việc trên dữ


8

liệu đó” (Star and Estes, 1990) [21].
Như vậy, những định nghĩa trên cho thấy rằng hệ thống thông tin địa lý có những
khả năng của một hệ thống máy tính (phần cứng, phần mềm và các thiết bị ngoại vi)

dùng để nhập, lưu trữ, truy vấn, xử lý, phân tích và hiển thị hoặc xuất dữ liệu. Trong
đó cơ sở dữ liệu của hệ thống là những dữ liệu về các đối tượng, các hiện tượng, các
hoạt động, các sự kiện kinh tế, xã hội, nhân văn phân bố theo khơng gian [5].
Tóm lại, hệ thống thơng tin (Geographic Information Systems) là một hệ thống
tự động thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị dữ liệu về các đối tượng, các hiện
tượng, các sự kiện của thế giới thực theo không gian và thời gian thực [5].
1.1.2. Các thành phần của GIS
GIS được kết hợp bởi 5 thành phần chính được mơ tả trong hình 1.1 bao gồm:
Phần cứng, phần mềm, dữ liệu, con người, chính sách và quản lý [23].

Chính sách
và quản lý

Phần mềm

Phần cứng

GIS

Con người

Dữ liệu

Hình 1.1. Các thành phần của GIS
a. Phần cứng
Bao gồm hệ thống các máy tính điện tử, các thiết bị mạng cần thiết khi triển khai
GIS trên môi trường mạng và các thiết bị ngoại vi (máy in, GPS, máy quét,...). Hệ
thống này được liên kết với nhau trong một mạng LAN hay Internet, có khả năng thực
hiện các chức năng như nhập, xuất và xử lý thông tin của phần mềm.

9

b. Phần mềm
Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và các cơng cụ cần thiết để lưu giữ, phân
tích và hiển thị thông tin địa lý. Các thành phần chính trong phần mềm GIS là [7]:
- Cơng cụ nhập và thao tác trên các thông tin địa lý.
- Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS).
- Công cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý.
- Giao diện đồ họa người – máy để truy cập các công cụ dễ dàng.
Hệ thống phần mềm GIS rất đa dạng. Tuỳ theo yêu cầu và khả năng ứng dụng
trong cơng việc cũng như khả năng kinh phí của đơn vị, việc lựa chọn phần mềm của
mỗi đơn vị xây dựng GIS sẽ khác nhau.
c. Dữ liệu
Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS là dữ liệu. Các dữ liệu
địa lý và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể được người sử dụng tự tập hợp hoặc được
mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại.
Dữ liệu GIS có hai thành phần chính là dữ liệu khơng gian (spatial data) và dữ
liệu thuộc tính (non-spatial data). Trong hệ thống thông tin địa lý, hai thành phần
dữ liệu này được liên kết với nhau.
- Dữ liệu khơng gian là biểu diễn hình học của các đối tượng địa lý liên kết với
vị trí trên thế giới thực. Những đối tượng địa lý được tóm lược vào ba cách biểu diễn:
điểm, đường và vùng [5]. Dữ liệu khơng gian có hai mơ hình lưu trữ: mơ hình dữ liệu
raster và mơ hình dữ liệu vector.

Hình 1.2. Cấu trúc dữ liệu Raster và Vector
+ Mơ hình dữ liệu Vector: Biểu diễn các đối tượng địa lý trên bề mặt đất bằng
những điểm, đường, vùng trong mặt phẳng tọa độ Descartes. Đối tượng dạng điểm

10

được xác định bởi cặp tọa độ (x,y). Đối tượng dạng đường như đường giao thông,
sông suối… được biểu diễn dưới dạng tập hợp các toạ độ điểm x1y1,x2y2,…, xnyn hoặc
là một hàm tốn học, tính được chiều dài. Đối tượng dạng vùng như khu vực buôn
bán, nhà cửa, thủy hệ,… được xác định bởi một vịng khép kín của các điểm tọa độ,
tính được chu vi và diện tích vùng.

Hình 1.3. Mơ hình dữ liệu vector
+ Mơ hình dữ liệu Raster: Trong cấu trúc dữ liệu Raster, đối tượng được biểu
diễn thông qua các ô (cell) hay ô ảnh (pixel) của một lưới các ơ. Trong máy tính, các
ơ lưới này được lưu trữ dưới dạng ma trận trong đó mỗi ơ lưới là giao điểm của một
hàng và một cột trong ma trận. Điểm được xác định bởi một pixel (giá trị nhỏ nhất
trong cấu trúc Raster), đường được xác định bởi một chuỗi các ơ có cùng thuộc tính
kề nhau có hướng nào đó, cịn vùng được xác định bởi một số các pixel cùng thuộc
tính phủ lên trên một diện tích nào đó.

Hình 1.4. Mơ hình dữ liệu Raster
Mối quan hệ logic giữa vị trí của các đối tượng trong cấu trúc dữ liệu được gọi
là Topology. Cấu trúc dữ liệu thuộc Topology cung cấp một cách tự động hóa để xử
lý việc số hóa, xử lý lỗi; giảm dung lượng lưu trữ dữ liệu.


11

- Dữ liệu thuộc tính là những thuộc tính mơ tả đặc điểm của các đối tượng địa
lý [5]. Dữ liệu thuộc tính thể hiện các tính chất, số lượng, chất lượng hay mối quan
hệ của các phần tử bản đồ và các vị trí địa lý. Các thơng tin này có thể là định tính
hay định lượng, được lưu trữ trong máy tính như là tập hợp các con số hay ký tự.
Thông thường, dữ liệu được tổ chức dưới dạng bảng bao gồm các cột dữ liệu hay còn

được gọi là trường dữ liệu và các hàng tương ứng với một bản ghi.
d. Con người
Công nghệ GIS sẽ bị hạn chế nếu khơng có con người tham gia quản lý hệ
thống và phát triển những ứng dụng GIS trong thực tế. Người sử dụng GIS có thể
là những chuyên gia kỹ thuật, người thiết kế và duy trì hệ thống, hoặc những người
dùng GIS để giải quyết các vấn đề trong cơng việc.
e. Chính sách và quản lý
Ðây là hợp phần rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt động của hệ thống,
là yếu tố quyết định sự thành công của việc phát triển công nghệ GIS. Hệ thống
GIS cần được điều hành bởi một bộ phận quản lý, bộ phận này phải được giao
nhiệm vụ tổ chức hoạt động hệ thống GIS một cách có hiệu quả nhằm phục vụ
người sử dụng thông tin.
1.1.3. Chức năng của GIS
GIS có 4 các chức năng cơ bản sau:
- Thu thập dữ liệu: Dữ liệu được sử dụng trong GIS thường đến từ nhiều nguồn
khác nhau, có nhiều dạng và được lưu trữ theo nhiều cách khác nhau. Các nguồn dữ
liệu GIS đang được sử dụng hiện nay được thu thập chủ yếu từ: số hóa từ bản đồ giấy,
các số liệu tọa độ thu được từ các máy đo đạc, số liệu thống kê, ảnh vệ tinh, hệ thống
định vị toàn cầu (GPS),…
- Quản lý dữ liệu: Sau khi dữ liệu được thu thập và tích hợp, GIS cung cấp chức
năng lưu trữ và duy trì dữ liệu. Hệ thống quản lý dữ liệu phải đảm bảo các điều kiện
về an toàn dữ liệu, toàn vẹn dữ liệu, lưu trữ, trích xuất và thao tác với dữ liệu.
- Phân tích khơng gian: Đây là chức năng quan trọng của GIS, phân tích khơng
gian cung cấp các phép tốn như tạo vùng đệm, chồng lớp, nội suy không gian…


12

- Hiển thị kết quả: Chức năng hiển thị trong hệ thống thông tin địa lý là biến
ngôn ngữ của máy tính thành ngơn ngữ thân thiện với người dùng. Với nhiều thao tác

trên dữ liệu địa lý, kết quả cuối cùng được hiển thị tốt nhất dưới dạng bản đồ hoặc
biểu đồ. Bản đồ rất hiệu quả trong lưu trữ và trao đổi thông tin địa lý. GIS cung cấp
nhiều công cụ mới và thú vị để mở rộng tính nghệ thuật và khoa học của ngành bản
đồ. Bản đồ hiển thị cụ thể được kết hợp với các bản báo cáo, hình ảnh ba chiều, ảnh
chụp và những dữ liệu khác.
1.1.4. Một số ứng dụng của GIS
Công nghệ GIS ngày càng được sử dụng rộng rãi. GIS có khả năng sử dụng dữ
liệu không gian và dữ liệu thuộc tính (phi khơng gian) từ các nguồn khác nhau khi
thực hiện phân tích khơng gian để trả lời các câu hỏi của người sử dụng. Một số ứng
dụng cụ thể của GIS thường thấy trong thực tế đó là:
- Quản lý hệ thống giao thơng: Tìm đường, dẫn đường, giám sát, điều khiển,
phân luồng giao thông, lập kế hoạch lưu thơng xe cộ, phân tích vị trí, chọn khu vực
xây dựng các tiện ích như bãi đỗ xe, ga tàu xe,… Lập kế hoạch phát triển giao thông.
- Quản lý giám sát tài nguyên, thiên nhiên, môi trường: Quản lý gió và thuỷ hệ,
các nguồn nhân tạo, vùng ngập úng, đất nông nghiệp, tầng ngập nước, rừng, vùng tự
nhiên, phân tích tác động mơi trường,… Xác định vị trí chất thải độc hại. Mơ hình
hố nước ngầm và đường ô nhiễm. Phân tích phân bố dân cư, quy hoạch tuyến tính.
- Quản lý quy hoạch: Phân vùng quy hoạch sử dụng đất, quy hoạch đô thị, hiện
trạng xu thế môi trường, quản lý chất lượng nước...
- Quản lý các thiết bị: Xác định đường ống ngầm, cáp ngầm. Xác định tải trọng
của lưới điện. Duy trì quy hoạch các thiết bị, sử dụng đường điện.
- Phân tích tổng điều tra dân số, lập bản đồ các dịch vụ y tế, bưu điện và nhiều
ứng dụng khác.
1.2. GIỚI THIỆU VỀ WEBGIS
1.2.1. Khái niệm
GIS có nhiều định nghĩa nên WebGIS cũng có nhiều định nghĩa. Nói chung, các
định nghĩa của WebGIS dựa trên những định nghĩa đa dạng của GIS và có thêm các


13

thành phần của Web. Sau đây là một số định nghĩa về WebGIS:
“WebGIS là một hệ thống phức tạp cung cấp truy cập trên mạng với những chức
năng như là bắt giữ hình ảnh, lưu trữ, hợp nhất dữ liệu, thao tác dữ liê ̣u, phân tích và
hiển thị dữ liệu không gian” (Harder, 1998) [15].
“WebGIS là hệ thống thông tin địa lý được phân bố thông qua hệ thống mạng
máy tính phục vụ cho việc thống nhất, phổ biến, giao tiếp với các thông tin địa lý
được hiển thị trên World Wide Web” (Edward, 2000, URL) [13].
1.2.2. Kiến trúc WebGIS
Dịch vụ web thơng tin địa lý hay cịn được gọi là WebGIS được xây dựng để
cung cấp các dịch vụ về thông tin địa lý theo công nghệ Web service. Chính vì thế
nên bất cứ WebGIS nào cũng phải thỏa mãn kiến trúc ba tầng thông dụng của một
ứng dụng web. Sau đó tùy thuộc vào từng loại cơng nghệ và các cách thức phát triển,
mở rộng khác nhau mà WebGIS sẽ trở thành n tầng khác nhau. Kiến trúc 3 tầng của
WebGIS được mô tả bao gồm tầng trình bày, tầng giao dịch và tầng dữ liệu được thể
hiện trong hình 1.5 [1].

Hình 1.5. Mơ hình 3 lớp trong kiến trúc WebGIS
- Tầng trình bày (Client): Thơng thường chỉ là các trình duyệt Internet Explorer,
Mozilla Firefox, Chrome,... để mở các trang web theo URL được định sẵn. Các ứng
dụng client có thể là một Website, Applet, Flash,… được viết bằng các công nghệ
theo chuẩn của W3C nhằm tăng tính linh động cho Web cũng như tăng tính tương tác
với người duyệt web. Các trang Web có liên quan đến bản đồ được viết sử dụng
OpenLayers. Các Client đôi khi cũng là một ứng dụng desktop tương tự như phần
mềm MapInfo, ArcMap,…
- Tầng giao dịch (Application Server): Bao gồm Web Server kết hợp với một


14

ứng dụng bản đồ bên phía server gọi là Map Server.
+ Web Server (Tomcat, Apache, Internet Information Server) là một ứng dụng
phía server nhiệm vụ chính của nó thường là tiếp nhận các yêu cầu từ client, lấy dữ
liệu từ cơ sở dữ liệu theo yêu cầu client, trình bày dữ liệu theo cấu hình định sẵn hoặc
theo yêu cầu của client và trả kết quả về client theo yêu cầu. Tùy theo yêu cầu của
client mà kết quả về khác nhau: có thể là một hình ảnh dạng bitmap (jpeg, gif, png)
hay dạng vector được mã hóa như SVG, KML, GML,… Một khi dạng vector được
trả về thì việc trình bày hình ảnh bản đồ được đảm nhiệm bởi client, thậm trí client
có thể xử lý một số bài tốn về khơng gian. Thơng thường các response và request
đều theo chuẩn HTTP POST hoặc GET.
+ Map Server (ArcGIS Server, MapServer, GeoServer): Thực hiện truy vấn,
phân tích khơng gian, trả kết quả về client.
- Tầng dữ liệu (Data Server): là nơi lưu trữ các dữ liệu địa lý bao gồm dữ liệu
khơng gian và dữ liệu thuộc tính liên quan. Các dữ liệu này được quản trị bởi các hệ
quản trị cơ sở dữ liệu như PostgreSQL/PostGIS, Microsoft SQL Server, MySQL,
Oracle,… hoặc tập dữ liệu rời rạc như Shapefile, Tab, XML,… Các dữ liệu này được
thiết kế, cài đặt và xây dựng theo từng quy trình, từng quy mơ bài toán,... mà lựa chọn
hệ quản trị cơ sở dữ liệu phù hợp.
Các bước xử lý thông tin của WebGIS được mơ tả trong hình 1.6 sau đây:

Hình 1.6. Các bước xử lý thông tin của WebGIS [4][24]


15

- Client gửi yêu cầu của người sử dụng qua giao thức HTTP đến Web Server (a).
- Web Server nhận yêu cầu từ client, xử lý và chuyển tiếp yêu cầu Map Server
có liên quan (b).
- MapServer nhận yêu cầu liên quan đến bản đồ, gọi hàm tính tốn, xử lý. Nếu
có yêu cầu dữ liệu, nó sẽ gửi yêu cầu dữ liệu đến Data Exchange Server (c).

- Data Exchange Server nhận yêu cầu dữ liệu và tìm kiếm vị trí của những dữ
liệu này. Sau đó gửi u cầu dữ liệu đến Data Server (d).
- Data Server tiến hành lấy ra dữ liệu cần thiết và trả dữ liệu này về cho Data
Exchange Server (e).
- Data Exchange Server nhận dữ liệu từ Data Server, sắp xếp dữ liệu theo yêu
cầu dữ liệu, sau đó trả dữ liệu về cho Map Server (f).
- Map Server nhận dữ liệu từ Data Exchange Server, đưa chúng đến các hàm xử
lý và kết quả được trả về cho Web Server (g).
- Web Server nhận kết quả từ Map Server và gửi về Client qua giao thức HTTP (h).
1.2.3. Cấu trúc triển khai
Trong mô hình hoạt động của WebGIS được chia làm 2 phần: các hoạt động ở
phía máy khách (client side) và các hoạt động xử lý ở phía máy chủ (server side) [2].
- Client side: Client side được dùng để hiển thị kết quả đến cho người dùng,
nhận các điều kiển trực tiếp từ người dùng và tương tác với web server thơng qua
trình duyệt web. Các trình duyệt web sử dụng chủ yếu HTML để định dạng trang
web. Thêm vào đó một vài plug-in, ActiveX và các mã Applet được nhúng vào trình
duyệt để tăng tính tương tác với người dùng.
- Server side: Gồm có Web server, Application server, Data server và Clearing
house,… Server side có nhiệm vụ lưu trữ dữ liệu khơng gian, xử lý tính tốn và trả
về kết quả (dưới dạng hiển thị) cho client side.
+ Web Server: Được dùng để phục vụ cho các ứng dụng web, Web server sử
dụng nghi thức HTTP để giao tiếp với trình duyệt web ở phía client. Tất cả các u
cầu từ phía client đối với ứng dụng web đều được Web server nhận và thơng dịch,
sau đó gọi các chức năng của ứng dụng thông qua các giao tiếp mạng như MAPI,


16

Winsock, Namped Pipe,…
+ Application server: Đây là phần chương trình gọi các hàm xử lý GIS, gửi yêu

cầu lấy dữ liệu đến Clearing house.
+ Data Server: Là phần cơ bản của hầu hết các hệ thống thông tin với nhiệm vụ
quản lý và điều khiển truy cập dữ liệu. Ban đầu, đa số GIS sử dụng File System để
quản lý dữ liệu không gian và DBMS (Database Management System) để quản lý dữ
liệu thuộc tính. Ngày nay có nhiều sản phẩm và giải pháp phần mềm thay thế để quản
lý dữ liệu khơng gian và thuộc tính một cách chung nhất.
1.2.4. Chiến lược phát triển
a. Chiến lược thuầ n chủ
Các chiến lược này tập trung cung cấp dữ liệu GIS và phân tích trên một máy
chủ (Server). Máy chủ này có khả năng truy cập dữ liệu và phần mềm để giải quyết
yêu cầu của máy khách. Máy khách sẽ chỉ sử dụng rất ít tiến trình, chủ yếu là gửi các
yêu cầu và hiển thị kết quả.

Hình 1.7. Cấu hình chiến lược Server-side [22]
(1) Client gửi yêu cầu đến Server.
(2) Server xử lý yêu cầu và gửi các thông tin đến các script CGI.
(3) Kết quả được trả về Server.
(4) Kết quả phản hồi yêu cầu được gửi lại cho Client.
(5) Trình duyệt phía Client hiển thị thơng tin.
Ưu điểm:
- Nếu máy chủ có khả năng xử lý cao, người dùng sẽ truy cập được các dữ liệu
lớn và phức tạp thay vì phải xử lý trên máy khách.
- Nếu máy chủ có khả năng xử lý cao, các chức năng phân tích GIS phức tạp