Luận văn thạc sĩc địa lý Nghiên cứu một số chuẩn OGC và ứng dụng cho bài toán quản lý cơ sở dữ liệu tài nguyên môi trường cấp Địa phương

-i-


LỜI CẢM ƠN

Trước tiên tôi xin chân thành cảm ơn TS.Trƣơng Ninh Thuận, người đã tận
tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp;
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa Công nghệ Thông tin, trường
Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, những người đã tận tình truyền đạt các
kiến thức, quan tâm, động viên trong suốt thời gian tôi học tập và nghiên cứu tại
Trường;
Nhân đây cho phép tôi gửi lời cảm ơn tới nhóm các bạn học cùng lớp
K16CNPM3, lớp chuyên ngành Công nghệ phần mềm đã thường xuyên quan tâm,
giúp đỡ, chia sẻ kinh nghiệm, cung cấp các tài liệu hữu ích trong suốt thời gian học tập
tại Trường và đặc biệt tôi xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp Nguyễn Ngọc Vũ đã hỗ
trợ cung cấp các tài liệu và kinh nghiệm trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp
vừa qua.


Hà Nội, tháng 10 năm 2011
Tác giả luận văn


Đinh Thị Phương Thảo





-ii-

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan bản luận văn “Nghiên cứu một số chuẩn OGC và ứng dụng
cho bài toán quản lý cơ sở dữ liệu tài nguyên môi trường cấp Địa phương” là công
trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của TS.Trƣơng Ninh Thuận,
tham khảo các nguồn tài liệu đã chỉ rõ trong trích dẫn và danh mục tài liệu tham khảo.
Các nội dung công bố và kết quả trình bày trong luận văn này là trung thực và chưa
từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào.



Hà Nội, tháng 10 năm 2011
Tác giả luận văn


Đinh Thị Phương Thảo











-iii-

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN i
LỜI CAM ĐOAN ii
DANH SÁCH BẢNG BIỂU v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vi
BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii
MỞ ĐẦU 1
Chương 1: Nghiên cứu một số chuẩn OGC - Open Geospatial Consortium 5
1.1. Giới thiệu hệ thống thông tin Địa lý - GIS 5
1.1.1. Một số khái niệm cơ bản về GIS 5
1.1.2. Các nhiệm vụ của hệ thống thông tin Địa lý - GIS 10
1.1.3. Ứng dụng của GIS 11
1.1.4. Các công nghệ liên quan đến GIS 11
1.2. Các chuẩn OGC - Open Geospatial Consortium 12
1.2.1. Giới thiệu 12
1.2.2. Cơ chế hoạt động 1
1.2.3. Tổng quan các đặc tả OGC Web Services 2
1.2.4. Dịch vụ bản đồ WMS - Web Map Service 5
1.2.5. Dịch vụ bản đồ WFS - Web Feature Service 10
1.2.6. Dịch vụ bản đồ WCS - Web Coverage Service 16
1.2.7. Ngôn ngữ trình bày bản đồ - Styled Layer Descriptor 19
1.2.8. Ngôn ngữ thể hiện dữ liệu địa lý GML - Geography Markup Language . 23
Chương 2: Phân tích cơ sở dữ liệu tài nguyên nước cấp Địa phương 26
2.1. Cơ sở dữ liệu tài nguyên môi trường cấp Địa phương 26
2.1.1. Hiện trạng dữ liệu tài nguyên môi trường Địa phương 29
2.1.2. Kiến trúc cơ sở dữ liệu tài nguyên môi trường Địa phương 29
2.2. Cơ sở dữ liệu tài nguyên nước và giải pháp 30
2.2.1. Khảo sát hiện trạng về tài nguyên nước 30
2.2.2. Phân tích và giải pháp cho dữ liệu tài nguyên nước 31

Chương 3: Xây dựng ứng dụng thử nghiệm phân phối dữ liệu không gian 37
3.1. Xây dựng mô hình Use-Case 37
3.1.1. Tác nhân 37
-iv-


3.1.2. Tổng quan hệ thống 37
3.2. Xây dựng cơ sở dữ liệu 45
3.3. Chương trình 46
3.4. Đánh giá 48
Trong quá trình xây dựng hệ thống tác giả có đánh giá và nhận xét như sau: 48
KẾT LUẬN 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

-v-


DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng1.1.Các chuẩn OGC Web Services 5
Bảng 1.2.Các ký tự trong truy vắn WMS [11] 6
Bảng 1.3.Tham số trong yêu cầu HTTP GET [11] 6
Bảng 1.4.Các tham số yêu cầu của thao tác GetCapabilities [11]. 7
Bảng 1.5.Các tham số của thao tác GetMap[11]. 9
Bảng 1.6.Các tham số của thao tác GetFeatureInfo[11]. 9
Bảng 1.7.Tham số yêu cầu GET và POST[8] 17
Bảng 1.8.Các tham số yêu cầu WCS [8] 17
Bảng 1.9.Tham số của thao tác DescribeCoverage[8]. 18
Bảng 1.10.Tham số của thao tác GetCoverage[8] 19
Bảng 1.11. Các thuộc tính hình học trong GML 25
Bảng 2.2.Hạng mục dữ liệu tài nguyên nước 31

Bảng 3.1.Đặc tả Use-Case quản lý bản đồ 39
Bảng 3.2.Đặc tả Use-Case quản lý bản đồ 41
Bảng 3.3.Thuộc tính thực thể ctrBando 41
Bảng 3.4.Hành động thực thể ctrBando 43
Bảng 3.5.Thuộc tính thực thể frmBando 43
Bảng 3.6.Hành động thực thể frmBando 45
Bảng 3.7.Danh mục bản đồ 45
Bảng 3.8.Dịch vụ 45
Bảng 3.9.Chi tiết dịch vụ 46




-vi-


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình1.1.Hệ thông tin Địa lý. 5
Hình 1.2.Mô hình công nghệ hệ thống GIS 6
Hình 1.3.Các thành phần của hệ thống GIS 8
Hình 1.4.Các thành phần phần cứng 9
Hình 1.5.Các thành phần phần mềm 9
Hình 1.6.Mô hình Webgis theo chuẩn OGC[12] 1
Hình 1.7.Web services và kiến trúc hướng services 2
Hình 1.7.Quá trình xử lý các yêu cầu WFS [7]. 10
Hình 1.8.Cấu trúc một Geometry collection trong GML 24
Hình 1.9.Cấu trúc của các đối tượng 25
Hình 2.1.Mô hình cơ sở dữ liệu Địa tài nguyên môi trường Địa phương 26
Hình 2.2.Kiến trúc cơ sở dữ liệu tài nguyên môi trường Địa phương 30
Hình 2.3.Mô hình ứng dụng tài nguyên nước Địa phương 35

Hình 3.1.Tác nhân hệ thống tài nguyên nước 37
Hình 3.2.Tổng quan hệ thống tài nguyên nước 38
Hình 3.3.Use Case Quản lý bản đồ 38
Hình 3.4.Chi tiết chức năng quản lý bản đồ 39
Hình 3.5.Quan hệ thực thể 41
Hình 3.6.Ràng buộc giữa các bảng 46
Hình 3.7.Quản lý danh mục bản đồ 47
Hình 3.8.Mapview 47
Hình 3.9.Bật tắt lớp 48
-vii-


BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CAD
: Thiết kế được trợ giúp bởi máy tính (Computer Aided Design)
CSDL
: Cơ sở dữ liệu
DBMS
: Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (Database Management Systems)
GIS
: Hệ thống thông tin Địa lý (Geographic Information System)
GPS
: Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System)
HTTĐL
: Hệ thống thông tin Địa lý
HTTP
: Giao thức truyền tải siêu văn bản (Hyper Text Transfer Protocol)
GML
: Ngôn ngữ thể hiện dữ liệu địa lý (Geography Markup Language)

OGC
: Cộng đồng không gian Địa lý mở (Open Geospatial Consortium)
SLD
: Ngôn ngữ trình bày bản đồ (Styled Layer Descriptor)
TNMT
: Tài nguyên môi trường
URI
: Định danh tài nguyên (Uniform Resource Identifier)
URL
: Định danh Địa chỉ tài nguyên trang mạng (Uniform Resource Locator)
WCS
: Dịch vụ bản đồ Web Coverage Service
WFS
: Dịch vụ bản đồ Web Feature Service
WMS
: Dịch vụ bản đồ Web Map Service
-1-

MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nhu cầu năng lượng
cần để cung ứng tăng cao, khi nguồn tài nguyên thiên nhiên được con người khai thác
triệt để thì vấn để quản lý nguồn tài nguyên của mỗi quốc gia được đặt lên hàng đầu.
Việc sử dụng nguồn tài nguyên như thế nào cho hợp lý, cân đối giữa các vùng, miền
của đất nước là một bài toán đã và đang được giải quyết. Nước ta có nguồn tài nguyên
phong phú, đa dạng nhưng lại không được phân bố đồng đều giữa các vùng, nên việc
quản lý dữ liệu tài nguyên (bao gồm dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian) tại các
Địa phương Việt Nam vẫn chưa hiệu quả, khó khăn trong việc triển khai.
Hệ thống thông tin Địa lý (GIS) ra đời vào những năm 1960 là một nhánh của
công nghệ thông tin và là sự kết hợp của công nghệ thông tin, khoa học trái đất và

khoa học thông tin Địa lý. GIS đang từng ngày phát triển, ứng dụng rộng rãi và sử
dụng có hiệu quả trong việc quản lý tài nguyên, thiên nhiên và môi trường.
Qua việc khảo sát và thực tế tại Địa phương, tác giả nhận thấy dữ liệu tài
nguyên môi trường ở các Địa phương rất đa dạng và phong phú nhưng việc quản lý và
phân phối dữ liệu không gian còn hạn chế, chưa đáp ứng được nhu cầu theo dõi và tìm
hiểu của người dân, doanh nghiệp, việc trao đổi dữ liệu giữa các Địa phương, giữa Địa
phương với Trung ương gặp nhiều khó khăn.
Lý do của những hạn chế, khó khăn đó là thông tin dữ liệu được quản lý rời rạc,
thiếu chính xác, mối quan hệ liên kết chưa được xác lập vì dữ liệu không gian được
lưu trữ dưới nhiều dạng khác nhau tùy thuộc vào phần mềm mà Địa phương sử dụng
để biên tập bản đồ ví dụ như CadMap, Microstation, Mapinfo, Arcgis, … những dữ
liệu dạng này đưa lên website để công bố cho người dân, doanh nghiệp theo dõi và tìm
hiểu rất mất thời gian và có dạng tệp dữ liệu không được hỗ trợ để đưa lên website nên
người dân, doanh nghiệp muốn biết thông tin về tài nguyên của Địa phương về các dự
án triển khai, quy hoạch để có định hướng đầu tư, kinh doanh cũng khó khăn. Vì vậy
thông thường trên website về dữ liệu không gian của các Địa phương rất nghèo nàn
thông tin.
Việc theo dõi tìm hiểu của người dân, doanh nghiệp đã khó khăn, việc trao đổi
qua lại dữ liệu giữa các Địa phương, giữa Địa phương và Trung ương lại càng khó
khăn hơn, khi mà tại Địa phương vẫn dùng các phương pháp thủ công để trao đổi đó là
sao chép từ máy này sang máy khác vừa không tiện dụng lại mất thời gian, đôi khi còn
không đảm bảo nếu một trong các máy đó có vấn đề về phần cứng hoặc phần mềm.
-2-

Để giải quyết khó khăn, hạn chế ở trên tác giả đã nghiên cứu, tìm hiểu và nhận
thấy rằng các đặc tả OGC, được cung cấp bởi tổ chức OGC (Open Geospatial
Consortium) sẽ giúp các Địa phương có thể vận hành, phân phối dữ liệu không gian
hợp lý, đáp ứng nhu cầu tìm hiểu của người dân, doanh nghiệp và thực hiện việc trao
đổi, đồng bộ với Địa phương khác và Trung ương hiệu quả hơn vì hầu hết các sản
phầm GIS đều hỗ trợ các đặc tả như Web Map Service (WMS), Web Feature Service

(WFS), Web Coverage Service (WCS) cho phép hiển thị bản đồ, chồng xếp các lớp
thông tin (layer), tùy biến người dùng, còn hỗ trợ cả đặc tả Geography Markup
Language (GML) là một dạng mã hóa XML để truyền tải và lưu trữ các thông tin địa
lý bao gồm cả thông tin hình học và thuộc tính của đối tượng địa lý, và Styled Layer
Descriptor( SLD) cho phép người dùng đặc tả kiểu ( màu sắc, ký hiệu lớp) trong dịch
vụ Web Map Service để sử dụng cho lớp bản đồ, hơn nữa một lợi thế quan trọng đó là
sử dụng các ứng dụng GIS có hỗ trợ các chuẩn OGC chúng ta có thể tích hợp dữ liệu,
đồng vận hành và trao đổi dữ liệu với nhau mà không cần quan tâm công nghệ phía
dưới là gì.
Vì vậy, tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu một số chuẩn OGC và ứng dụng cho
bài toán quản lý cơ sở dữ liệu tài nguyên môi trường cấp Địa phương” làm để tài luận
văn thạc sĩ của mình. Trong các cơ sở dữ liệu thành phần của cơ sở dữ liệu về tài
nguyên và môi trường cấp Địa phương, cơ sở dữ liệu thành phần tài nguyên nước là
một cơ sở dữ liệu điển hình, đa phần các Địa phương đều có. Do vậy, trong luận văn
này, tác giả sẽ đi sâu nghiên cứu một số chuẩn OGC và áp dụng các chuẩn này cho cơ
sở dữ liệu tài nguyên nước, xây dựng ứng dụng webgis phân phối dữ liệu không gian
lĩnh vực tài nguyên nước.
Mục đích nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu một số chuẩn OGC và áp dụng vào việc phân phối
trao đổi thông tin dữ liệu không gian ở Địa phương, trong luận văn tác giả lấy dữ liệu
lĩnh vực tài nguyên nước một loại dữ liệu điển hình mà Địa phương nào cũng có để
xây dựng một ứng dụng thử nghiệm nhỏ cho phép phân phối dữ liệu không gian dưới
dạng các chuẩn OGC.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
 Đối tượng nghiên cứu: các chuẩn OGC Web Services: WMS, WFS,
WCS và các chuẩn OGC khác như GML, SLD, cơ sở dữ liệu Địa
phương, cơ sở dữ liệu không gian lĩnh vực tài nguyên nước ở Địa
phương.
-3-

 Phạm vi nghiên cứu:
• Với các đặc tả: hoạt động và sử dụng các phương thức, thao tác cơ
bản của các đặc tả.
• Với dữ liệu: dữ liệu không gian tài nguyên nước.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
 Nghiên cứu hoạt động và sử dụng một số đặc tả cơ bản của OGC như
WMS, WFS, WCS, GML và SLD.
 Nghiên cứu các đặc điểm cơ sở dữ liệu Địa phương đặc biệt là tài nguyên
nước.
 Xây dựng ứng dụng thử nghiệm webgis phân phối dữ liệu không gian
lĩnh vực tài nguyên nước cấp Địa phương.
Kết cấu của luận văn
Ngoài phần mở đầu, danh mục ký hiệu viết tắt, mục lục, danh mục tài liệu tham
khảo, phụ lục và phần kết luận, nội dung của luận văn gồm ba chương.
Chƣơng 1: Nghiên cứu một số chuẩn OGC.
Chương này giới thiệu các khái niệm cơ bản, chức năng và ứng dụng của hệ
thống thông tin Địa lý (GIS), đồng thời giới thiệu về OGC, tổng quan các chuẩn và đi
sâu tìm hiểu các đặc tả: Web Map Service (WMS), Web Feature Service (WFS), Web
Coverage Service (WCS), Geography Markup Language (GML), Styled Layer
Descriptor (SLD).
Chƣơng 2: Phân tích cơ sở dữ liệu tài nguyên nước cấp Địa phương.
Trong chương này tác giả tập trung nghiên cứu, phân tích mô hình tổ chức cơ
sở dữ liệu về tài nguyên và môi trường cấp Địa phương, trong đó đi sâu nghiên cứu cơ
sở dữ liệu thành phần lĩnh vực tài nguyên nước, danh mục dữ liệu, tổ chức dữ liệu, các
loại dữ liệu cần trao đổi, phân phối. Từ đó đưa ra giải pháp giải quyết bài toán quản lý,
phân phối dữ liệu của cơ sở dữ liệu về tài nguyên và môi trường cấp Địa phương, cụ
thể với các dữ liệu trong lĩnh vực tài nguyên nước.
Chƣơng 3: Xây dựng ứng dụng thử nghiệm phân phối dữ liệu không gian
-4-

Xây dựng ứng dụng webgis phân phối cơ sở dữ liệu tài nguyên nước cấp Địa
phương, giới thiệu các chức năng, đưa ra các nhận xét đánh giá về ưu điểm, nhược
điểm, các kinh nghiệm thu được trong quá trình xây dựng ng dụng.
-5-

Chƣơng 1: Nghiên cứu một số chuẩn OGC - Open Geospatial Consortium
1.1. Giới thiệu hệ thống thông tin Địa lý - GIS
1.1.1. Một số khái niệm cơ bản về GIS
Hiện nay, có rất nhiều định nghĩa về GIS nhưng chúng đều có điểm giống nhau
như: bao hàm khái niệm không gian, phân biệt giữa hệ thống thông tin quản lý
(Management Information System – MIS) và GIS. Về khía cạnh của bản đồ học thì
GIS là sự kết hợp của việc lập bản đồ được trợ giúp bởi máy tính và công nghệ CSDL.
So với bản đồ thì GIS có lợi thế là lưu trữ dữ liệu và biểu diễn chúng là hai công việc
tách biệt nhau. Do vậy, GIS có khả năng quan sát từ các góc độ khác trên cùng một tập
dữ liệu. Sau đây là một vài định nghĩa GIS hay được sử dụng.
Định nghĩa của dự án The Geographer’s Craft, Khoa Địa lý - Trường Đại học
Texas:
GIS là CSDL số chuyên dụng trong đó hệ trục toạ độ không gian là phương pháp
tham chiếu chính. GIS bao gồm các công cụ để thực hiện các công việc sau:
 Nhập dữ liệu từ bản đồ giấy, ảnh vệ tinh, ảnh máy bay, số liệu điều tra và
các nguồn khác.
 Lưu trữ dữ liệu, khai thác và truy vấn CSDL.
 Biến đổi dữ liệu, phân tích, mô hình hoá, bao gồm cả dữ liệu thống kê và
dữ liệu không gian.
 Lập báo cáo gồm bản đồ chuyên đề, các bảng biểu, biểu đồ và kế hoạch.
Định nghĩa của Viện Nghiên cứu Hệ thống môi trường ESRI, Mỹ:
GIS là công cụ trên cơ sở máy tính để lập bản đồ và phân tích những cái đang tồn
tại và các sự kiện đang xảy ra trên Trái đất.
Định nghĩa của David Cowen, NCGIA (National Center for Geographic
Information and Analysis -1993), Mỹ:

GIS là hệ thống phần cứng, phần mềm và các thủ tục được thiết kế để thu thập
quản lý, xử lý, phân tích, mô hình hoá và hiển thị các dữ liệu quy chiếu không gian để
giải quyết các vấn đề quản lý và lập kế hoạch phức tạp.





Hình1.1.Hệ thông tin Địa lý.
Hiểu một cách cụ thể hơn thì HTTĐL là một hệ thống máy tính có khả năng tích
Ngƣời sử dụng
GIS



Phần mềm
công cụ
CSDL
Thế giới thực
-6-

hợp, lưu trữ, thu thập, phân tích và hiển thị những thông tin liên quan đến Địa lý.
a. Mô hình công nghệ
Một cách khái quát, có thể hiểu một hệ GIS như là một quá trình sau:

Hình 1.2.Mô hình công nghệ hệ thống GIS
 Dữ liệu vào: dữ liệu được nhập từ các nguồn khác nhau như chuyển đổi giữa
các cách biểu diễn dữ liệu, máy quét, hình ảnh từ vệ tinh, ảnh chụp, …
 Quản lý dữ liệu: sau khi dữ liệu được thu thập và tổng hợp, GIS cần cung cấp
các thiết bị có thể lưu và bảo trì dữ liệu nhằm đảm bảo: bảo mật số liệu, tích

hợp số liệu, lọc và đánh giá số liệu, khả năng duy trì. GIS lưu thông tin thế
giới thực thành các tầng dữ liệu riêng biệt, các tầng này đặt trong cùng một
hệ trục toạ độ và chúng có khả năng liên kết với nhau.
 Xử lý dữ liệu: các thao tác xử lý dữ liệu được thực hiện để tạo ra thông tin.
Nó giúp cho người sử dụng quyết định cần làm tiếp công việc gì. Kết quả của
xử lý dữ liệu là tạo ra các ảnh, báo cáo và bản đồ.
 Phân tích và mô hình: số liệu tổng hợp và chuyển đổi chỉ là một phần của
GIS. Những yêu cầu tiếp theo là khả năng giải mã và phân tích về mặt định
tính và định lượng thông tin đã thu thập.
 Dữ liệu ra: một trong các phương diện công nghệ GIS là sự thay đổi của các
phương pháp khác nhau trong đó thông tin có thể hiển thị khi nó được xử lý
bằng GIS. Các phương pháp truyền thống là bảng và đồ thị có thể cung cấp
bằng các bản đồ và ảnh ba chiều.
b. Các lĩnh vực khoa học liên quan đến GIS
GIS là sự hội tụ các lĩnh vực công nghệ và các ngành truyền thống, nó hợp nhất
các số liệu mang tính liên ngành bằng tổng hợp, mô hình hoá và phân tích. Vì vậy có
thể nói, GIS được xây dựng trên các tri thức của nhiều ngành khoa học khác nhau để
tạo ra các hệ thống phục vụ mục đích cụ thể. Các ngành này bao gồm:
-7-

 Ngành Địa lý: là ngành liên quan mật thiết đến việc biểu diễn thế giới và
vị trí của đối tượng trong thế giới. Nó có truyền thống lâu đời về phân
tích không gian và nó cung cấp các kỹ thuật phân tích không gian khi
nghiên cứu.
 Ngành bản đồ: nguồn dữ liệu đầu vào chính của GIS là các bản đồ.
Ngành bản đồ có truyền thống lâu đời trong việc thiết kế bản đồ, do vậy
nó cũng là khuôn mẫu quan trọng nhất của đầu ra GIS.
 Công nghệ viễn thám: các ảnh vệ tinh và ảnh máy bay là nguồn dữ liệu
Địa lý quan trọng cho hệ GIS. Viễn thám bao gồm cả kỹ thuật thu thập
và xử lý dữ liệu ở mọi vị trí trên quả Địa cầu. Các dữ liệu đầu ra của hệ

thống ảnh vệ tinh có thể được trộn với các lớp dữ liệu của GIS.
 Ảnh máy bay: khi ta xây dựng bản đồ có tỷ lệ cao thì ảnh chụp từ máy
bay là nguồn dữ liệu chính về bền mặt trái đất được sử dụng làm đầu
vào.
 Bản đồ Địa hình: cung cấp dữ liệu có chất lượng cao về vị trí của ranh
giới đất đai, nhà cửa…
 Ngành thống kê: các kỹ thuật thống kê được sử dụng để phân tích dữ liệu
GIS. Nó là đặc biệt quan trọng trong việc xác định sự phát sinh các lỗi
hoặc tính không chắc chắn trong số liệu của GIS.
 Khoa học tính toán: tự động thiết kế máy tính cung cấp kỹ thuật nhập,
hiển thị biểu diễn dữ liệu. Đồ hoạ máy tính cung cấp công cụ để thể hiện,
quản lý các đối tượng đồ hoạ. Quản trị cơ sở dữ liệu cho phép biểu diễn
dữ liệu dưới dạng số, các thủ tục để thiết kế hệ thống, lưu trữ, xâm nhập,
cập nhật.
 Toán học: các ngành hình học, lý thuyết đồ thị được sử dụng trong thiết
kế hệ GIS và phân tích dữ liệu không gian.
c. Các thành phần của GIS
GIS bao gồm 5 thành phần.



-8-







Hình 1.3.Các thành phần của hệ thống GIS

 Con người:
Con người là thành phần quan trọng nhất, là nhân tố thưc hiện các thao tác điều hành
sự hoạt động của hệ thống GIS.
Người dùng GIS là những người sử dụng các phần mềm GIS để giải quyết các bài toán
không gian theo mục đích của họ. Họ thường là những người được đào tạo tốt về lĩnh
vực GIS hay là các chuyên gia.
Người xây dựng bản đồ: sử dụng các lớp bản đồ được lấy từ nhiều nguồn khác nhau,
chỉnh sửa dữ liệu để tạo ra các bản đồ theo yêu cầu.
Người xuất bản: sử dụng phần mềm GIS để kết xuất ra bản đồ dưới nhiều định dạng
xuất khác nhau.
Người phân tích: giải quyết các vấn đề như tìm kiếm, xác định vị trí…
Người xây dựng dữ liệu: là những người chuyên nhập dữ liệu bản đồ bằng các cách
khác nhau: vẽ, chuyển đổi từ định dạng khác, truy nhập CSDL…
Người quản trị CSDL: quản lý CSDL GIS và đảm bảo hệ thống vận hành tốt.
Người thiết kế CSDL: xây dựng các mô hình dữ liệu lôgic và vật lý.
Người phát triển: xây dựng hoặc cải tạo các phần mềm GIS để đáp ứng các nhu cầu cụ
thể.
 Dữ liệu:
Một cách tổng quát, người ta chia dữ liệu trong GIS thành 2 loại:

GIS
Phần
cứng
Phần
mềm
Dữ liệu
Phƣơng
pháp
phân tích
Con

ngƣời
-9-

o Dữ liệu không gian (spatial) cho ta biết kích thước vật lý và vị trí Địa lý
của các đối tượng trên bề mặt trái đất.
o Dữ liệu thuộc tính (non-spatial) là các dữ liệu ở dạng văn bản cho ta biết
thêm thông tin thuộc tính của đối tượng.
 Phần cứng:

Hình 1.4.Các thành phần phần cứng
Là các máy tính điện tử: PC, mini Computer, MainFrame … là các thiết bị
mạng cần thiết khi triển khai GIS trên môi trường mạng. GIS cũng đòi hỏi các thiết bị
ngoại vi đặc biệt cho việc nhập và xuất dữ liệu như: máy số hoá (digitizer), máy vẽ
(plotter), máy quét (scanner)…
 Phần mềm:

Hình 1.5.Các thành phần phần mềm
Hệ thống phần mềm GIS rất đa dạng. Mỗi đơn vị xây dựng GIS đều có hệ phần mềm
riêng của mình. Tuy nhiên, có một dạng phần mềm mà các đơn vị phải xây dựng là hệ
quản trị CSDL Địa lý. Dạng phần mềm này nhằm mục đích nâng cao khả năng cho các
-10-

phần mềm CSDL thương mại trong việc: sao lưu dữ liệu, định nghĩa bảng, quản lý các
giao dịch do đó ta có thể lưu các dữ liệu đồ Địa lý dưới dạng các đối tượng hình học
trực tiếp trong các cột của bảng quan hệ và nhiều công việc khác.
 Phương pháp phân tích: các phương pháp phân tích cấu trúc và nội dung dữ
liệu.
1.1.2. Các nhiệm vụ của hệ thống thông tin Địa lý - GIS
Bất kỳ một hệ thống GIS nào đều cần cung cấp thông tin về các hiện tượng
không gian Địa lý. Nói cách khác, nhiệm vụ và chức năng của một hệ thống GIS bao

gồm: 1) Thu thập dữ liệu (capture), 2) Xây dựng cấu trúc (structuring), 3) Thao tác dữ
liệu (manipulation), 4) Phân tích (analysis), và 5) Hiển thị (presentation) [8].
 Thu thập dữ liệu: Việc thu thập dữ liệu là đưa dữ liệu không gian vào hệ thống.
Hiện có nhiều kỹ thuật và thiết bị khác nhau phục vụ cho việc thu thập cả dữ
liệu không gian và dữ liệu thuộc tính. Các thiết bị thường được sử dụng để thu
thập dữ liệu không gian có thể được phân loại thủ công, bán tự động hoặc tự
động, và đầu ra của các thiết bị đó hoặc là dữ liệu véc tơ hoặc là dữ liệu raster.
 Xây dựng cấu trúc: Quá trình xây dựng cấu trúc là một giai đoạn quyết định
trong việc tạo ra CSDL không gian được sử dụng trong các hệ thống GIS. Điều
này là bởi nó quyết định loại các chức năng có thể được sử dụng để thao tác và
phân tích. Các hệ thống khác nhau có thể có khả năng xây dựng cấu trúc khác
nhau (cấu trúc hình học đơn giản hoặc phức tạp, quan hệ hoặc hướng đối
tượng).
 Thao tác dữ liệu: Trong số các phép toán thao tác dữ liệu, có hai phép toán
quan trọng là tổng quát hoá (generalisation) và chuyển đổi. Tổng quát hóa việc
làm trơn dữ liệu không gian, bao gồm: làm trơn đường, lọc bớt điểm,…Chuyển
đổi bao gồm việc chuyển đổi giữa các hệ tọa độ khác nhau về một phép chiếu
bản đồ cụ thể và xác định tỷ lệ.
 Phân tích: là chức năng cốt lõi của hệ thống GIS, bao gồm các phép toán ma
trận và hình học trên dữ liệu không gian và thuộc tính. Về cơ bản, phân tích
trong GIS là bao gồm các phép toán trên một hoặc nhiều tập dữ liệu mà có thể
tạo ra được thông tin không gian mới từ tập dữ liệu đó. Phân tích Địa hình
(terrain analysis), tính toán hình học (geometric computations), chồng xếp, tạo
bộ đệm (buffering), khoanh vùng (zoning) là các chức năng phân tích đặc biệt
trong GIS.
-11-

 Hiển thị: là công việc cuối cùng trong hệ thống GIS, ở giai đoạn này, tất cả các
thông tin hoặc kết quả được sinh ra sẽ được hiển thị dưới dạng bản đồ, đồ thị,
bảng, báo cáo,…

1.1.3. 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 thuộc tính (phi không gian) từ các nguồn khác nhau khi thực hiện
phân tích không gian để trả lời các câu hỏi của người sử dụng. Một số ứng dụng cụ thể
của GIS thường thấy trong thực tế là:
 Quản lý hệ thống giao thông: tìm đường, dẫn đường, giám sát, điều khiển, phân
luồng giao thông, lập kế hoạch lưu thông 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, bình đồ lũ, vùng ngập úng, đất nông nghiệp, tầng ngập
nước, rừng, vùng tự nhiên, phân tích tác động môi trường… Xác định ví trí chất
thải độc hại. Mô hình hoá 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.
1.1.4. Các công nghệ liên quan đến GIS
GIS liên quan mật thiết với một số hệ thống thông tin khác, nhưng khả năng thao
tác và phân tích các dữ liệu Địa lý chỉ có công nghệ GIS là thực hiện được. Mặc dù
không có quy tắc chính tắc về cách phân loại các hệ thống thông tin, nhưng những giới
thiệu dưới đây sẽ giúp phân biệt GIS với các công nghệ Desktop Mapping, trợ giúp
thiết kế nhờ máy tính (Computer-Aided Design - CAD), viễn thám (Remote Sensing),
hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS), và hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning
Systems - GPS).
-12-

 Desktop Mapping (Thành lập bản đồ )
Là Desktop Mapping System sử dụng bản đồ để tổ chức dữ liệu và tương tác người
dùng. Trọng tâm của hệ thống này là thành lập bản đồ (bản đồ là cơ sở dữ liệu). Phần
lớn các hệ thống Desktop Mapping đều hạn chế hơn so với GIS về khả năng quản lý
dữ liệu, phân tích không gian và khả năng tuỳ biến. Các hệ thống Desktop Mapping
hoạt động trên các máy tính để bàn như PC, Macintosh, và các máy trạm UNIX nhỏ.
 CAD ( trợ giúp thiết kế nhờ máy vi tính)
Hệ thống CAD trợ giúp cho việc tạo ra các bản thiết kế xây dựng nhà và cơ sở hạ tầng.
Tính năng này đòi hỏi các thành phần của những đặc trưng cố định được tập hợp để
tạo nên toàn bộ cấu trúc. CAD yêu cầu một số quy tắc về việc tập hợp các thành phần
và các khả năng phân tích rất giới hạn. Hệ thống CAD có thể được mở rộng để hỗ trợ
bản đồ nhưng thông thường bị giới hạn trong quản lý và phân tích các cơ sở dữ liệu
Địa lý lớn.
 Viễn thám và GPS ( hệ thống định vị toàn cầu)
Viễn thám là ngành khoa học nghiên cứu bề mặt trái đất sử dụng kỹ thuật cảm biến
như quay camera từ máy bay, các trạm thu GPS hoặc các thiết bị khác. Các thiết bị
cảm biến này thu thập dữ liệu dạng ảnh và cung cấp các khả năng thao tác, phân tích
và mô phỏng những ảnh này. Do thiếu các tính năng phân tích và quản lý dữ liệu Địa
lý, nên không thể gọi là GIS thực sự.
 DBMS ( Hệ quản trị CSDL)
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu chuyên về lưu trữ và quản lý tất cả các dạng dữ liệu bao gồm
cả dữ liệu Địa lý. Nhiều hệ GIS đã sử dụng DBMS với mục đích lưu trữ dữ liệu.
DBMS không có các công cụ phân tích và mô phỏng như GIS.
1.2. Các chuẩn OGC - Open Geospatial Consortium
1.2.1. Giới thiệu
OGC (Open Geospatial Consortium) là nơi quy tụ của hơn 424 công ty, cơ
quan chính phủ và các trường đại học tham gia để phát triển các chuẩn giao tiếp công
khai có sẵn. OGC hỗ trợ các giải pháp tích hợp cho Web “geo-enable”, mạng không
dây, các dịch vụ location-based và IT mainstream. Các chuẩn này trao quyền cho các
nhà phát triển công nghệ để tạo ra thông tin không gian phức tạp và các dịch vụ truy

cập hữu ích với tất cả các loại ứng dụng [12].
OGC và OpenGIS là thương hiệu được đăng ký của Open Geospatial
Consortium. OGC là tên thương hiệu gắn liền với các chuẩn và các tài liệu được tạo ra
bởi OGC. Các chuẩn OGC được phát triển trong một quá trình đồng thuận duy nhất
được được hỗ trợ bởi công nghệ của OGC hoặc“plugandplay” [12].
-13-

Các chuẩn và các đặc tả OGC là các tài liệu kỹ thuật chi tiết về giao diện và
encodings, các nhà phát triển phần mềm sử dụng những tài liệu này để xây dựng, hỗ
trợ giao diện hoặc encodings trong các sản phẩm hay dịch vụ của họ. Những đặc tả
này là “sản phẩm” chính của OGC và được phát triển bởi các thành viên. Lý tưởng
nhất là khi các đặc tả này được triển khai bởi các kỹ sư phần mềm khác nhau, làm
việc độc lập, thì các component plug and play mà họ làm việc cùng nhau không phải
gỡ rối them [12].
Dưới đây là mô hình ứng dụng Webgis theo chuẩn OGC.
-1-

Hình 1.6.Mô hình Webgis theo chuẩn OGC[12]
HTTP
connection
Client
Special server
Open Web
Mapping
W3C
Standards
Standards
OGC Standards
SLD
GML
WFS
Garateer
WMS
HTTP
XML
XML
Chema
Server
E.g.UDig
E.g.MapBuilder
E.g.ArcMap
E.g.Geoserver
E.g.Mapserver
E.g.Inoic
Cascading

WMS
-1-

1.2.2. Cơ chế hoạt động
Dịch vụ bản đồ theo chuẩn mở của hiệp hội OpenGIS bao gồm hai thành phần chính
là Web Map Server và Web Map Client.
a. Web Map Server
Web Map Server là phần dịch vụ bản đồ chạy trên server, nó có nhiệm vụ cung câp
các chức năng:
• Tạo ra bản đồ (dưới dạng ảnh, tập tin đồ họa, dữ liệu Địa lý…);
• Trả lời các câu truy vấn của Web Map Client về nội dung bản đồ;
• Cung cấp các chương trình khác mà server có thể thực hiện được.
b. Web Map Client
Web Map Client (Web browser hay một ứng dụng) có chức năng gửi các yêu cầu
(Request) đến Web Map server về các thuộc tính của bản đồ dưới dạng một URL, nội
dung của URL phụ thuộc rất nhiều vào dịch vụ mà Web Map Server cung cấp:
• Yêu cầu tạo ra bản đồ, tham số URL phải chỉ ra được phạm vi Địa lý của bản
đồ, hệ tọa độ, kiểu thông tin được sử dụng, dạng lưu trữ, kích thước, kết quả,…;
• Yêu cầu truy vấn nội dung bản đồ, URL phải chỉ ra lớp thông tin cần truy vấn,
vị trí cần truy vấn;
• Yêu cầu cung cấp thông tin về khả năng phục vụ của Web Map Service Server.
c. cơ chế hoạt động

-2-













Hình 1.7.Web services và kiến trúc hướng services
• Communication (truyền thông giữa các máy tính): Ờ tầng dưới cùng của mô
hình truyền thông, thông tin được truyền nhận bởi các tín hiệu điện tương ứng
với cơ chế mã hóa nhị phân (0/1). Ở tầng tiếp theo là TCP/IP; tầng ứng dụng là
giao thức HTTP, thông tin ở tầng này được mã hóa bởi ngôn ngữ HTML.
• Requests (Yêu cầu): Trình duyệt gửi đến trang Web một yêu cầu GetRequest
với định dạng URL.
• Response (Trả lời): WebServer kiểm tra sự tồn tại của các trang Web, nếu tồn
tại và người dùng có quyền truy cập thì sẽ trả về trang Web cho người dùng,
nếu không sẽ báo thông điệp lỗi. Các trang Web được mã hóa HTML, ngôn ngữ
này bao gồm các thẻ mô tả thành phần của một trang.
• Display (Hiển thị): Trình duyệt hiển trị trang Web, mỗi khi trình duyệt chuyển
đổi các thẻ HTML thành các đối tượng đồ họa, nó sẽ vẽ lên màn hình và chờ
người dùng thao tác.

1.2.3. Tổng quan các đặc tả OGC Web Services
Hiện tại, các đặc tả của OGC đã và đang được chứng thực bởi các thành viên
trong tổ chức và ISO/TC211 được coi là cơ sở nền tảng nhất để thực hiện tích hợp,
đồng vận hành cho các hệ thống GIS. Mỗi một đặc tả là một tài nguyên quý giá cho
những ai muốn tìm hiểu thực sự tính đồng vận hành theo OGC, đó là những công trình
Interact
Service
Requestor
Service
Provider
Client
Service
Service
Description
URLs
Discovery
Agencies
Service
Description
Find
Publish
Web Browser
Web Map Server
-3-

khoa học thực sự, có tính chặt chẽ, tính liên kết và thống nhất cao, được xây dựng bởi
các nhà nghiên cứu trong lĩnh lực GIS và công nghệ thông tin từ các tổ chức hàng đầu
trên thế giới như ESRI, Intergraph, MapInfo, Google [12].
Bảng dưới đây liệt kê một số các chuẩn mở OGC.

STT
Tên đặc tả
Mô tả
1
Catalog Interface
(CAT)

Định nghĩa các giao diện chuẩn có khả năng hỗ
trợ các ứng dụng thiết lập các chức năng truy
vấn, liệt kê và khám phá đối với các máy chủ.
Lưu trữ catalog gốc và không thuần nhất, phân
tán.
2
Coordinate
Transformation

Services (CT)
Cung cấp các giao diện cho việc chuyển đổi tọa
độ, hệ quy chiếu và vị trí.
3
Filter Encoding

(Filter)

Tài liệu này định nghĩa việc mã hóa dưới dạng
XML cho các biểu thức truy vấn (lọc) dữ liệu.
4
Geography Markup

Language (GML 3.0)

Là một dạng mã hóa XML để truyền tải và lưu
trữ các thông tin Địa lý bao gồm cả hình học và
thuộc tính của đối tượng Địa lý.
5
GO-1 Application

Objects (AOS)
Định nghĩa một tập hợp các gói hạt nhân hỗ trợ
một tập hợp các dạng hình học , một tập hợp cơ
bản của đồ thị có khả năng được tô vẽ tương
ứng với các dạng hình học đó, các trừu tượng
của các thiết bị 2D (display, mouse,
keyboard,…) và hỗ trợ các lớp.Các API này sẽ
hỗ trợ các yêu cầu của người sử dụng thông tin
hình học và không gian
6
Grid Coverages (GC)

Đặc tả được thiết kế để tăng cường đồng vận
hành giữa các phần mềm của nhiều hãng, cung
cấp các khả năng xử lý và phân tích các dữ liệu
kiểu grid.
7
Web Service
Common

Specification
(Common)

Tài liệu chỉ định nhiều diện mạo mà được coi
là chung cho tất cả hay cho nhiều đặc tả hiện
thực các giao diện của OGC Web Service.
Những đặc tả này hiện tại bao gồm Web Map
Service (WMS), Web Feature Service (WFS),
-4-



và Web Coverage Service (WCS). Các diện
mạo chung bao gồm nội dung request và
response của hành động , tham số có trong
request và response, và mã hóa các request và
response đó.
8



OpenGIS Location

Services (OpenLS):
Core Services

[Part 1-5] (OLS Core)




Mô tả các dịch vụ vị trí (OpenGIS Location

Service Part 1-5, còn được biết dưới cái tên
GeoMobility Server (GMS), là một nền tảng
mở cho các dịch vụ ứng dụng trên nền tảng vị
trí. Nó còn là các chỉ dẫn về tầm vực và mối
quan hệ của OpenLS với các đặc tả khác và các
hành động chuẩn hóa khác. Mục tiêu đầu tiên
của OpenLS là xác định các cách thức truy cập
đến các dịch vụ cơ bản và các loại dữ liệu trừu
tượng (ADT) của GMS-nền tảng mở cho các
dịch vụ vị trí.
9
Simple Feature –
CORBA (SFC)

Cung cấp việc công bố, lưu trữ, truy cập vào
các chức năng đơn giản trên đối tượng đơn giản
( Simple Feature: point, line, polygon,
multipoint,…) trên chuẩn CORBA.
10
Simple Feature –
SQL (SFS)

Cung cấp khả năng công bố, lưu trữ, truy cập,
thao tác đơn giản trên các đối tượng đơn giản (
Simple Feature: point, line, polygon,
multipoint,…) trên SQL.
11
Simple Features
OLE/COM (SFO)

Cung cấp khả năng công bố, lưu trữ, truy cập,
thao tác đơn giản trên các đối tượng đơn giản (
Simple Feature: point, line, polygon,
multipoint,…) trên nền công nghệ OLE/COM
12

Styled Layer
Descriptor (SLD)

Là một mã hóa cho đặc tả WMS có thể mở
rộng cho phép ký hiệu hóa dữ liệu theo yêu cầu
người sử dụng.
13
Web Coverage

Services (WCS)

Là giao diện mở rộng của WMS cho phép truy
cập đến các dữ liệu kiểu – phủ trùm thể hiện
các giá trị và thuộc tính của các vị trí không
gian hơn là chỉ đơn thuẩn thể hiện bản đồ tổng
hợp(dạng ảnh)