NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THỬ NGHIỆM GIẢI PHÁP LƢU TRỮ BẢN ĐỒ TRỰC TUYẾN DẠNG TILED

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ


Đỗ Văn Thìn

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THỬ NGHIỆM GIẢI PHÁP
LƢU TRỮ BẢN ĐỒ TRỰC TUYẾN DẠNG TILED







KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

Ngành: Công nghệ thông tin

HÀ NỘI - 2012




ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ


Đỗ Văn Thìn


NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THỬ NGHIỆM GIẢI PHÁP
LƢU TRỮ BẢN ĐỒ TRỰC TUYẾN DẠNG TILED





KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

Ngành: Công nghệ thông tin

Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Nguyễn Hải Châu













HÀ NỘI - 2012



NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THỬ NGHIỆM GIẢI PHÁP BẢN ĐỒ TRỰC TUYẾN
DẠNG TILED
Đỗ Văn Thìn
Khóa QH-2008-I/CQ, ngành công ngh thông tin
Tóm tắt nội dung khóa luận:
Ngày nay, nhu cầu tra cứu các thông tin bản đồ của tất cả mọi ngƣời là rất lớn. Cùng với sự
phát triển của Internet, việc số hóa bản đồ ngày càng đƣợc chú trọng nghiên cứu và phát triển. Để
đáp ứng nhu cầu xem bản đồ một cách nhanh chóng và chính xác, một hệ thống bản đồ trực tuyến
dựa trên nền tile đã ra đời. Nó là một bƣớc tiến quan trọng trong nghành khoa học bản đồ và là
một sự thay thế tuyệt vời cho những hệ thống cồng kềnh và kém hiệu quả trƣớc đây.
Với một hệ thống bản đồ trực tuyến dạng tiled chúng ta có thể thấy hiệu năng hơn hẳn các
hệ thống bản đồ trƣớc đây. Tuy nhiên với một hệ thống bản đồ trực tuyến dạng tiled có một vấn

đề cần đƣợc xử lý. Do hình ảnh bản đồ đƣợc xây dựng dựa trên các hình ảnh tiled nên số lƣợng
ảnh tiled rất lớn. Vậy chúng ta phải có giải pháp nào để quản lý hệ thống hình ảnh tiled này. Đây
cũng chính là nội dung của đề tài nghiên cứu xây dựng thử nghiệm giải pháp bản đồ trực tuyến
dạng tiled.
Trong đề tài nghiên cứu này, tôi sẽ trình bày và xây dựng thử nghiệm một số giải pháp để
lƣu trữ các hình ảnh tiled phục vụ cho xây dựng bản đồ trực tuyến dạng tiled. Qua đó đánh giá
hiệu năng của mỗi phƣơng pháp lƣu trữ.
Từ khóa: lƣu trữ trong các tập tin riêng biệt, lƣu trữ theo định dạng riêng, lƣu trữ theo cơ sở dữ
liệu.



LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy, cô giáo trong trƣờng Đại học Công
nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội. Các thầy cô đã dạy bảo, chỉ dẫn chúng tôi và luôn tạo điều kiện
tốt nhất cho chúng tôi học tập trong suốt quá trình học đại học đặc biệt là trong thời gian làm
khoá luận tốt nghiệp.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Hải Châu, thầy đã hƣớng dẫn tôi tận
tình trong học kỳ vừa qua.
Tôi cũng xin cảm ơn những ngƣời bạn của mình, các bạn đã luôn ở bên tôi, giúp đỡ và cho
tôi những ý kiến đóng góp quý báu trong học tập cũng nhƣ trong cuộc sống.
Cuối cùng con xin gửi tới bố mẹ và toàn thể gia đình lòng biết ơn và tình cảm yêu thƣơng
nhất. Con xin dành tặng bố mẹ kết quả mà con đã đạt đƣợc trong suốt bốn năm học đại học. Con
cám ơn bố mẹ nhiều.
Hà Ni, ngày 15 tháng 5 
 

LỜI CAM ĐOAN
Trong quá trình làm khóa luận này, tôi đã tham khảo một số tài liệu đã đƣợc đề cấp ở mục
tài liệu tham khảo. Tôi xin cam đoan không sao chép các tài liệu, công trình nghiên cứu của
ngƣời khác mà không chỉ rõ trong tài liệu tham khảo. Nếu vi phạm tôi xin chịu mọi kỷ luật của
nhà trƣờng.
Sinh viên


 



MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG 1: MỘT SỐ LÝ THUYẾT CƠ BẢN 3
1.1. Giới thiệu chung về bản đồ trực tuyến 3
1.2. Ƣu điểm của bản đồ trực tuyến dạng tiled 5
1.3. Sơ đồ tiled logic 6
1.3.1. Sơ đồ tiled toàn cầu 7
1.3.2. Tiêu chuẩn hóa lƣợc đồ tiled 10
1.4. Thao tác và xử lý ảnh 11
1.4.1. Một số định nghĩa cơ bản về hình ảnh 11
1.4.2. Hình ảnh không gian địa lý 13
1.4.3. Một số hình định dạng ảnh đặc biệt 13
1.4.4. Lựa chọn định dạng ảnh tiled 14
1.4.5. Chọn kích thƣớc ảnh tiled 15
1.5. Tạo ảnh tiled 21
1.5.1. Tạo tiled từ bộ ảnh ngẫu nhiên 21
1.5.2. Chuẩn bị tạo tiled 22
1.5.2.1. Tạo tiled bottom-up 22

1.5.2.2. Chọn mức cơ sở cho tập ảnh nguồn 23
1.5.2.3. Tạo tiled dựa trên nền Pull và Push 25
1.5.3. Thuật toán tạo tiled 26
CHƢƠNG 2: LƢU TRỮ TILED 27
2.1. Lƣu trữ trong các tập tin riêng biệt 27
2.2. Lƣu trữ theo định dạng riêng 29
2.3. Lƣu trữ theo cơ sở dữ liệu 31
CHƢƠNG 3 : THỰC NGHIỆM 36
3.1. Môi trƣờng thực nghiệm 36
3.2. Thực nghiệm hiệu năng ghi của các phƣơng pháp lƣu trữ 36
3.2.1. Cài đặt thực nghiệm hiệu năng ghi 37
3.2.1.1. Lƣu trữ theo các tập tin riêng biệt 37
3.2.1.2. Lƣu trữ trong một tập tin 38
3.2.1.3. Lƣu trữ trong cơ sở dữ liệu 39
3.2.2. Kết quả thực nghiệm 40


3.3. Thực nghiệm hiệu năng đọc của các phƣơng pháp lƣu trữ 42
3.3.1. Cài đặt kiểm thử 42
3.3.2. Kết quả thực nghiệm 44
3.4. Kết luận 46
KẾT LUẬN 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO 48




DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Sơ đồ tiled logic. 6
Hình 1.2 : Sơ đồ tiled với mức phóng 1 7

Hình 1.3: Sơ đồ tiled với mức phóng 2 8
Hình 1.4: Ví dụ về hình ảnh địa lý với tọa độ 13
Hình 1.5: Đồ thị truy cập các bit và kích thƣớc tiled[4] 18
Hình 1.6: Đồ thị biểu diễn truy cập các byte sử dụng địn dạng ảnh JPEG 19
Hình 1.7: Đồ thị biểu diễn truy cập các byte sử dụng địn dạng ảnh PNG 19
Hình 1.8: Thay đổi số lƣợng byte truy cập nhƣ là tăng kích thƣớc tiled( JPEG) 20
Hình 1.9: Đa mức phóng với cùng một lớp 22
Hình 2.1: Tổ chức thƣ mục lƣu trữ hình ảnh tiled. 27
Hình 2.2: Cấu trúc lƣu trữ tiled theo định dạng riêng. 29
Hình 2.3: Cài đặt phƣơng thức ghi theo định dạng riêng 30
Hình 2.4: Cài đặt modun tìm kiếm một tiled trong tập tin định dạng riêng. [4] 31
Hình 2.5: Cấu trúc bảng dữ liệu tiled đơn giản 32
Hình 2.6: Chỉ mục tiled đƣợc lƣu trữ dƣới dạng danh sách địa chỉ 33
Hình 2.7: Bảng cho phóng to mức 3 34
Hình 3.1: Cài đặt ghi tiled theo các tập tin riêng biệt 38
Hình 3.2: Các ảnh tiled đƣợc lƣu trữ trong cùng một tập tin 38
Hình 3.3: Cài đặt ghi theo định dạng riêng 39
Hình 3.4: Cài đặt lƣu trữ theo cơ sở dữ liệu 40
Hình 3.5: Đồ thị thời gian ghi các tiled 42
Hình 3.6: Cài đặt kiểm thử hiệu năng đọc theo phƣơng pháp lƣu trữ trong tập tin riêng biệt 43
Hình 3.7: Cài đặt đọc theo phƣơng thức lƣu trữ trong một tập tin lớn 43
Hình 3.8: Cài đặt đọc tiled từ cơ sở dữ liệu 44
Hình 3.9: Thời gian đọc tiled của các phƣơng pháp lƣu trữ 45



DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Số hàng, cột, và tiled cần dung cho các mức phóng[4] 9
Bảng 1.2: Định dạng ảnh đƣợc các trình duyệt web hỗ trợ [4] 14
Bảng 1.3: Thông tin về các định dạng ảnh [4] 15

Bảng 1.4: So sánh hiệu suất nén giữa định dạng JPG và PNG[4] 16
Bảng 1.5: Thời gian đọc ảnh JPEG và PNG[4] 20
Bảng 1.6: Số lƣợng tiled và độ điểm ảnh cho mỗi mức 23
Bảng 1.7: Tỷ lệ nén lớn hơn cho mỗi hình ảnh ở các độ phân giải khác nhau 24
Bảng 3.1: Số lƣợng ảnh tiled cho thực nghiệm 37
Bảng 3.2: Thời gian ghi ảnh tiled theo các phƣơng pháp tính theo ms 40
Bảng 3.3: Thời gian đọc tiled của các phƣơng thức lƣu trữ 44


MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ THUẬT NGỮ
Thuật ngữ
Từ tiếng Anh
Định nghĩa tiếng Việt
DPP
Degrees per pixel
Độ mỗi điểm ảnh
GIS
Geography Information System
Hệ thống thông tin địa lý
JPEG
Joint Photographic Experts Group
Chuẩn nén ảnh mất mát có chất
lƣợng hình ảnh tốt
PNG
Portable Network Graphic
Chuẩn nén ảnh không mất mát
TMS
Tiled Map Service
Các dịch vụ bản đồ dựa trên nền
tiled

WFS
Web Feature Service
Các tính năng của dịch vụ web
WMS
Web Map Service
Các dịch vụ của web bản đồ
WMTS
The Web Map Tile Service
Dịch vụ bản đồ dạng tiled
LRU
Least Recently Used
Chiến thuật cấp phát bộ nhớ thay thế
khối ít dùng gần đây nhất
tiled

Các hình ảnh nhỏ đƣợc cắt ra từ một
hình ảnh lớn theo một kích thƣớc và
tiêu chuẩn xác định

1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay, nhu cầu tra cứu các thông tin bản đồ của tất cả mọi ngƣời là rất lớn. Cùng
với sự phát triển của Internet, việc số hóa bản đồ ngày càng đƣợc chú trọng nghiên cứu và
phát triển. Để đáp ứng nhu cầu xem bản đồ một cách nhanh chóng và chính xác, một hệ
thống bản đồ trực tuyến dựa trên nền tiled đã ra đời. Đây là một bƣớc tiến quan trọng
trong ngành khoa học bản đồ, là sự thay thế tuyệt vời cho những hệ thống cồng kềnh và
kém hiệu quả trƣớc đây.
Với một hệ thống bản đồ trực tuyến dạng tiled, chúng cho thấy hiệu năng hơn hẳn

các hệ thống bản đồ trƣớc đây. Tuy nhiên, hệ thống bản đồ trực tuyến dạng tiled có một
vấn đề cần đƣợc xử lý. Do hình ảnh bản đồ đƣợc xây dựng dựa trên các hình ảnh tiled nên
số lƣợng ảnh tiled rất lớn. Vì vậy chúng ta cần có giải pháp để quản lý hệ thống hình ảnh
tiled này. Đây cũng chính là nội dung của đề tài nghiên cứu xây dựng thử nghiệm giải
pháp lƣu trữ bản đồ trực tuyến dạng tiled.
2. Mục tiêu và phƣơng pháp nghiên cứu
Mc tiêu: Đề tài nghiên cứu sẽ trình bày và xây dựng thử nghiệm một số giải pháp
để lƣu trữ các hình ảnh tiled phục vụ cho xây dựng bản đồ trực tuyến dạng tiled, qua đó
đánh giá hiệu năng của mỗi phƣơng pháp lƣu trữ.
u: Viết chƣơng trình thực nghiệm hiệu năng đọc/ghi của mỗi
phƣơng thức lƣu trữ, tổng hợp kết quả để vẽ ra đồ thị kết quả, qua đó đánh giá mỗi
phƣơng pháp và tìm ra phƣơng pháp tối ƣu.
3. Cấu trúc khóa luận
Với nội dung trình bày những lý thuyết cơ bản và áp dụng vào bài toán xây dựng
giải pháp lƣu trữ các ảnh dạng tiled, khóa luận của tôi đƣợc trình bày với cấu trúc nhƣ
sau:
Chương 1: Một số lý thuyết cơ bản
Chƣơng một giới thiệu tổng quan về các lý thuyết cơ bản. Những kiến thức cơ bản
này là tiền đề để ngƣời đọc hiểu đƣợc cách áp dụng vào bài toán xây dựng thử nghiệm
giải pháp lƣu trữ bản đồ trực tuyến dạng tiled.
2

Chương 2: Các giải pháp lƣu trữ
Chƣơng hai giới thiệu các phƣơng pháp lƣu trữ, độ phức tạp của lƣu trữ ảnh tiled về
dung lƣợng và số ảnh. Phân tích và so sánh các giải pháp đã đƣợc trình bày.
Chương 3: Thực nghiệm
Nội dung chƣơng này sẽ là thực nghiệm theo lý thuyết đã trình bày ra rút ra kết luận
và tổng kết lại những gì đã đạt đƣợc và chƣa đạt đƣợc. Từ đó nêu lên những hƣớng
nghiên cứu và phát triển tiếp theo.

3

CHƢƠNG 1: MỘT SỐ LÝ THUYẾT CƠ BẢN
Chƣơng này chúng ta sẽ đi vào một số lý thuyết cơ bản của một bản đồ trực tuyến
dạng tiled. Những kiến thức cơ bản này là tiền đề để ngƣời đọc hiểu đƣợc cách áp dụng
vào bài toán xây dựng thử nghiệm giải pháp lƣu trữ bản đồ trực tuyến dạng tiled.
1.1. Giới thiệu chung về bản đồ trực tuyến
Những ứng dụng bản đồ trên nền Internet đƣợc giới thiệu đầu tiên vào những năm
1990, có thể kể đến nhƣ: Yahoo! Maps, MapQuest, and Microsoft's TerraServer. Các loại
bản đồ này cho phép ánh xạ đến các ứng dụng thông qua bộ trình duyệt web. Hệ thống
trình duyệt bản đồ này nhìn chung rất thô sơ. Để thực hiện những chuyển động đơn giản
trên bản đồ, đa số bản đồ yêu cầu ngƣời dùng phải nhấp vào các mũi tên chỉ dẫn xung
quanh khung nhìn của bản đồ. Khi ngƣời dùng nhấp chuột vào mũi tên, bản đồ di chuyển
một lƣợng xác định trƣớc theo hƣớng nhấp vào. Nó cũng cung cấp nút phóng to và thu
nhỏ để phóng to/thu nhỏ bản đồ. Một số bản đồ khác cho phép ngƣời dùng kéo chuột để
di chuyển khung nhìn của bản đồ [4].
Tất cả các hệ thống này có vài sự bất lợi nhƣ: cung cấp khung nhìn một cách rất
chậm chạm bởi vì khung nhìn thƣờng đại diện cho một tập tin ảnh lớn. Với mỗi ngƣời
dùng xem bản đồ, máy chủ sẽ phải vẽ ra một hình ảnh từ dữ liệu và gửi lại cho ngƣời
dùng. Cách này sẽ làm ngƣời dùng mất rất nhiều thời gian chờ đợi. Hơn nữa các khung
nhìn trên máy của ngƣời dùng thƣờng không thể hiển thị hết ảnh mà máy chủ vẽ ra vì ảnh
có kích thƣớc lớn. Một điều nữa là khi ngƣời dùng di chuyển khung nhìn của bản đồ, toàn
bộ hình ảnh sẽ phải vẽ lại và gửi lại cho ngƣời dùng mặc dù chỉ một phần hình ảnh là mới.
Nhƣ vậy khách hàng sẽ mất thời gian chờ đợi tƣơng đƣơng với việc xem bản đồ mới mà
thực ra chỉ đƣợc xem thêm một phần là hình ảnh mới. Cách này thực sự không phù hợp
với đƣờng truyền Internet, nhất là với đƣờng truyền Internet có tốc độ thấp. Tuy nhiên, nó
có giao diện tƣơng đối đơn giản và có ƣu thế để phát triển giao diện. Giao diện cơ bản
thích hợp với trình duyệt web gần đây. Giao diện bản đồ có thể đƣợc viết hoàn toàn trong
HTML hoặc với JavaScript rất rất nhỏ. Hơn nữa, vì tất cả các trình duyệt đã đƣợc xử lý
nên máy chủ có thể lƣu trữ nhiều bản đồ. Cũng có cách khác là các khung nhìn của bản đồ

đƣợc xây dựng nhƣ là một ứng dụng trên máy tính. Hệ thống này phức tạp hơn và sử
dụng nền tảng phát triển công nghệ và plugin trình duyệt nhƣ Java hay Flash.

4

Hệ thống bản đồ Google Maps của Google đã đƣợc giới thiệu vào năm 2005 và nó
đã làm thay đổi đáng kể cách thức xem bản đồ cho ngƣời dùng. Thay cho các phƣơng
pháp điều hƣớng cồng kềnh và chậm chạp, Google Maps cung cấp những gì đã đƣợc biết
đến với kiểu giao diện mới “Slipp Map“. Đó là giao diện cho phép ngƣời dùng nhanh
chóng di chuyển, phóng to/thu nhỏ bản đồ và đƣợc viết không hoàn toàn bằng HTML và
JavaScript. Ngày càng nhiều ứng dụng bản đồ trên nền web ra đời với giao diện tƣơng tự.
Kiểu giao diện “Slipp Map“ cũng xuất hiện ở nhiều nơi bao gồm cả các thiết bị máy tính
xách tay và điện thoại di động.
Chìa khóa thành công của Google Maps là việc xây dựng công nghệ bản đồ dựa trên
nền tiled. Ứng dụng bản đồ đã đƣợc thực hiện bằng cách sử dụng các ảnh tiled - những
ảnh nhỏ đƣợc cắt ra từ một bản đồ lớn – để ghép lại. Ví dụ, ở mức chiếu nhỏ nhất – mức 0,
thế giới đƣợc biểu diễn bằng 1 ảnh có kích thƣớc 256x256 pixel. Khi phóng to lên mức 1
thì ảnh sẽ to gấp đôi (tức là kích thƣớc 512x512). Khi đó ta có thể biểu diễn bằng 4 bức
ảnh kích thƣớc 256x256 pixel. Cứ nhƣ vậy ta phóng to lên các mức thì kích thƣớc của ảnh
bản đồ sẽ lần lƣợt là: 1024x1024, 2048x2048,… Và nếu ta gọi mức đầu tiên (256x256) là
mức 0 thì ở mức phóng n ảnh bản đồ sẽ có kích thƣớc là 256*2*n x 256*2*n pixel [3]. Ở
mức này chúng ta sẽ có thể biểu diễn bằng 

ảnh tile kích thƣớc 256x256 pixel. Nhƣ vậy
với một bản đồ dạng tiled với n+1 mức phóng hệ thống sẽ phải lƣu trữ một lƣợng ảnh là:


 

   


  ảnh. Các ảnh tiled này đƣợc lƣu trữ và sẵn sàng trả lại trên máy
chủ. Bởi vì chúng đã đƣợc sẵng sàng đƣợc gửi trả về cho ngƣời dùng nên chúng có thể
đƣợc gửi cho ngƣời dùng một cách nhanh chóng. Các tiled đƣợc giải quyết một cách rời
rạc vì chúng có thể đƣợc lƣu trữ bởi các bộ nhớ đệm của máy chủ và trình duyệt của
ngƣời dùng. Các hình ảnh bản đồ đƣợc chia thành các phần nhỏ, vì vậy khi ngƣời dùng
định vị đƣợc khung nhìn thì chỉ có các phần của bản đồ có vị trí ở trong khung nhìn mới
đƣợc máy chủ gửi cho.
Hệ thống Tile-based mapping có vài điểm mấu chốt cần chú ý để phân biệt với các
loại khác. Dƣới đây chúng ta sẽ đề cập tới những vấn đề đó:
 Khung nhìn dựa trên nhiều mức phóng riêng biệt, mỗi mức tƣơng ứng với một
quy mô bản đồ cố định.
 Nhiều ảnh dạng tiled đƣợc sử dụng để ảo hóa một khung nhìn.
 Ảnh tiled có thể truy cập bằng cách sử dụng một chƣơng trình rời rạc.
5

 Ảnh tiled đƣợc lƣu trữ trên một hệ thống máy chủ đƣợc gửi đến khách hàng
với một tốc độ nhanh nhất có thể
Dƣới đây là những nhân tố bắt buộc trong hệ thống bản đồ dạng tiled:
 Sự định vị tiled đƣợc sinh ra sau một phép chiếu toàn cầu.
 Tiled chủ yếu đƣợc phân tán bằng cách sử dụng một kiến trúc hệ thống
client/server.
 Tiled đƣợc tổ chức trong những lớp nhỏ và cố định.
1.2. Ƣu điểm của bản đồ trực tuyến dạng tiled
Với việc tìm hiểu qua về bản đồ trực tuyến dạng tiled ở trên chúng ta đã có thể thấy
bản đồ trực tuyến dạng tiled có rất nhiều lợi thế so với các bản đồ truyền thống và các hệ
thống dựa trên nền web cổ điển:
- Tốc độ nhanh: so với một hệ thống bản đồ dạng vector, hệ thống bản đồ dạng tiled
đem lại hiệu suất cao hơn. Thời gian để tìm kiếm và trả về các ảnh tiled cho client
nhanh hơn so với thao tác vẽ lại theo yêu cầu của client của dạng bản đồ vector.

- Đa ngƣời dùng:
 Hệ thống Web map server là một sự lựa chọn kinh tế. Với khả năng phân phối
thông tin địa lý trên toàn thế giới ngƣời dùng Internet có thể truy cập đến các
ứng dụng bản đồ trực tuyến mà không phải mua phần mềm.
 Đối với ngƣời dung không có kinh nghiệm về GIS thì việc sử dụng bản đồ trực
tuyến trên nền web đơn giản hơn rất nhiều so với việc sử dụng phần mềm bản
đồ trực tuyến khác.
 Với bản đồ trực tuyến dạng tiled, các tiled chỉ cần tạo một lần cho tất cả ngƣời
dùng; họ chỉ cần lấy các tiled mà họ cần. Nhƣ vậy sẽ tiết kiệm tài nguyên cho
máy rất nhiều so với việc hệ thống vẽ lại bản đồ cho mỗi ngƣời sử dụng.
- Thƣờng xuyên cập nhật cơ sở dữ liệu: Với một hệ thống dựa trên Server, tất cả các
bản đồ và dữ liệu khác đƣợc duy trì tập trung. Khi máy chủ đƣợc cập nhật, tất cả
mọi ngƣời ngay lập tức sử dụng thông tin cập nhật trong ngày.
- Bảo mật dữ liệu: Với một hệ thống dựa trên máy chủ, tất cả các bản đồ và dữ liệu
6

đƣợc duy trì trên các máy chủ của công ty hoặc cơ quan. Việc bảo mật và sao lƣu
có thể đƣợc áp dụng.
1.3. Sơ đồ tiled logic
Hệ thống bản đồ dạng tiled sử dụng một sơ đồ tiled logic, nó ánh xạ trái đất lên một
mặt và phân chia bề mặt thành các ảnh nhỏ với khoảng cách đều nhau.

Hình 1.1:  tiled logic.
Sơ đồ tiled logic xác định địa chỉ rời rạc của các ảnh nhỏ đƣợc cắt ra từ ảnh bản đồ,
các phƣơng pháp để tạo ra nhiều mức phóng của tiled và phƣơng pháp dịch giữa địa chỉ
tiled với một hệ thống không gian địa lý liên tục. Sơ đồ tiled logic là yếu tố nền tảng của
mô hình bản đồ dựa trên nền tảng tiled - đó là phân giải đa chiều. Mỗi sơ đồ thƣờng gắn
với một hệ trục hai chiều. Lƣợc đồ địa chỉ này cho phép một hình ảnh tiled truy cập trực
tiếp với tọa độ rời rạc. Ví dụ, thay vì yêu cầu một hình ảnh tiled với một ranh giới hình
chữ nhật ta có thể mô tả nó với những con số liên tục nhƣ [-100,0, 30,0] [-80,0, 40,0], một

tiled có thể đƣợc yêu cầu từ một mạng lƣới với địa chỉ cột và hàng là giá trị nguyên rời
rạc.
7

Sơ đồ tiled logic bao gồm một ánh xạ giữa địa chỉ của một tiled, tọa độ không gian
địa lý đối với khu vực đƣợc bao phủ bởi tiled. Nói chung, có một số cách để phát triển
một sơ đồ tiled logic. Chúng ta có thể làm cho các chƣơng trình tùy chỉnh phù hợp với
giới hạn và kích thƣớc của mỗi tập dữ liệu, hoặc chúng ta có thể tạo ra một đơn chƣơng
trình tiled toàn cầu có thể đƣợc áp dụng cho tất cả các bộ dữ liệu.
Mỗi phƣơng pháp đều có những lợi ích riêng. Trong việc phát triển một chƣơng
trình tiled logic, chúng ta phải lựa chọn một loạt các độ phân giải điểm ảnh cho mỗi cấp
độ. Nếu có thể phát triển một chƣơng trình mới cho mỗi bộ dữ liệu, chúng ta có thể chọn
độ phân giải điểm ảnh cũ phù hợp với độ phân giải của bộ dữ liệu đó. Khi sử dụng một
chƣơng trình phổ biến toàn cầu, chúng ta đã sử dụng nhiều độ phân giải. Độ phân giải
đƣợc xác định trƣớc sẽ buộc chúng ta sắp xếp lại các nguồn hình ảnh của mình cho phù
hợp. Nếu chúng ta xuống một mức, chúng ta hy sinh một số độ phân giải, và nếu chúng ta
lên một mức, chúng ta đang sử dụng không gian lƣu trữ nhiều hơn lƣợng cần thiết. Tuy
nhiên, nếu chúng ta sử dụng một chƣơng trình tùy chỉnh cho mỗi bộ dữ liệu khác nhau,
chúng ta sẽ gặp vấn đề về khả năng tƣơng tác trong việc kết hợp các bộ dữ liệu. Vì sự bất
tiện khi dùng tiled với các độ phân giải khác nhau ở các mức, chúng ta sử dụng một
chƣơng trình tiled chung toàn cầu trên mọi bộ dữ liệu.
1.3.1. Sơ đồ tiled toàn cầu
Với sơ đồ tiled toàn cầu, chúng ta bắt đầu với chiếu trắc địa - chỉ đơn giản là miêu tả
trái đất nhƣ là một hình chữ nhật với với chiều dài là 360 độ và chiều cao 180 độ. Ở mức
chiếu cơ sở, chúng ta có tỷ lệ 2-1 để tạo ra sơ đồ tiled. Ở mức phóng thứ nhất chúng ta sẽ
có một dòng và 2 cột nhƣ hình dƣới.

Hình 1.2  tiled vi mc phóng 1
8

Đối với mỗi cấp độ tiếp theo, chúng ta tăng gấp đôi số lƣợng của các hàng và cột.
Trong khi chúng ta tăng gấp đôi mỗi chiều, mỗi cấp độ tiếp theo có nhiều hơn 4 lần số
lƣợng tiled so với cấp trƣớc đó. Khi chúng ta tăng mức độ phóng to, mỗi tile đƣợc chia
thành 4 tiled.

Hình 1.3 tiled vi mc phóng 2
Quá trình xác định nhiều cấp độ là cần thiết. Tuy nhiên, trong thực tế 20 cấp là đủ
cho hầu nhƣ bất kỳ dữ liệu bản đồ có sẵn nào. Để đơn giản hóa toán học, chúng ta bắt đầu
lập chỉ mục tại 0 thay vì 1. Chƣơng trình của chúng ta có thể đƣợc xác định hoàn toàn về
mặt toán học. Phƣơng trình (1.1) cho số cột cho một mức phóng i. Phƣơng trình (1.2) cho
số hàng cho một mức phóng i:


  




 



(1.1)
(1.2)
9

Bng 1.1: S hàng, ct, và tiled cn dung cho các mc phóng[4]

Phƣơng trình (1.3) và (1.6) liên quan đến địa chỉ của một tiled với một hình chữ nhật
với ranh giới địa lý. Một khi kích thƣớc điểm ảnh đƣợc lựa chọn, chúng ta có thể tính toán

độ phân giải của hình ảnh tiled theo độ pixel (DPP). DPP rất hữu ích cho việc liên hệ giữa
mức độ phóng to hình ảnh tiled với mức độ phóng to liên tục đƣợc sử dụng bởi nhiều ứng
dụng bản đồ. Phƣơng trình (1.7) đƣợc sử dụng để tính toán mức độ cho mỗi điểm ảnh:


 



 


   



 


 



 


   




 
  




Trong đó:
(1.3)
(1.4)
(1.5)
(1.6)
(1.7)
10

c: là cột của tiled
r: là hàng của tiled
: là kinh độ của trái đất
: là vĩ độ của trái đất
i: là mức độ phóng
Phƣơng trình (1.8) và (1.9) cho thấy phƣơng pháp định vị tiled theo tọa độ địa lý cụ
thể đƣa ra ở một mức độ zoom.
  

  

 





  

  






Trong đó:
c: là cột của tiled
r: là hàng của tiled
: là kinh độ của trái đất
: là vĩ độ của trái đất
i: là mức độ phóng
1.3.2. Tiêu chuẩn hóa lược đồ tiled
Có một số cách để tiêu chuẩn hóa hiệu quả lƣợc đồ và sẽ đƣợc truyền đạt trong phần
này. Dịch vụ tiêu chuẩn bản đồ tiled (WMTS) gần đây đã đƣợc hoàn thành bởi hiệp hội
không gian địa lý mở [7]. Nó cung cấp một cách tiêu chuẩn và linh hoạt khả năng của một
dịch vụ tiled và làm thế nào với giao diện của nó. WMTS không yêu cầu việc sử dụng
một kế hoạch tiled cụ thể, thiết lập độ phân giải hoặc chiếu. Thay vào đó, nó cung cấp
một phƣơng tiện tiêu chuẩn xác định các đặc tính này để các máy khách và máy chủ có
thể đƣợc kết nối với nhau
Các tiêu chuẩn WMTS địa chỉ bằng cách sử dụng các ma trận tọa độ, tiled trên cùng
bên trái là nguồn với địa chỉ (0,0). Tuy nhiên, các phần khác của lƣợc đồ tiled là tạo ra
dịch vụ. Lƣợc đồ tiled chỉ nhằm mục đích nhƣ là một định danh cho một mức phóng nhất
định. Độ chính xác cao ở gần đƣờng xích đạo. Kích thƣớc tiled có thể thay đổi theo quy
(1.8)
(1.9)
11

mô, và có thể không có mối quan hệ giữa kích thƣớc ma trận tiled và quy mô. Tất nhiên,
cho phép mức độ linh hoạt làm tăng khó khăn trong việc viết một client chung để hỗ trợ
một server WMTS chung. Để giảm bớt sự phức tạp này, tiêu chuẩn WMTS hỗ trợ một tập
hợp các quy mô cũng đƣợc biết đến thiết lập một máy chủ. Bằng cách thực hiện một bộ
quy mô cũng đƣợc biết đến, server trở nên tƣơng thích với một phạm vi rộng lớn hơn của
client. Tập hợp các quy mô trong chƣơng trình tiled của chúng ta và thiết lập các quy mô
trong chƣơng trình Google Maps Tile Mercator bao gồm WMTS cũng đƣợc biết đến bộ
quy mô. WMTS hỗ trợ Key-Value-Pair và các định dạng yêu cầu SOAP để truy cập vào
tiled.
Một nỗ lực để tạo ra một tiêu chuẩn dịch vụ tiled là dịch vụ bản đồ tiled (TMS) đặc
điểm kỹ thuật. Các đặc điểm kỹ thuật TMS là không đƣợc hỗ trợ bởi một tiêu chuẩn nào
nhƣng đã đạt đƣợc một số mức độ sử dụng thông thƣờng với một số server và client. Nó
tƣơng tự nhƣ tiêu chuẩn WMTS ở chỗ nó cho phép nhiều chƣơng trình tiled khác nhau
đƣợc xác định. Các đặc điểm kỹ thuật TMS cho phép sử dụng quy mô tùy ý định nghĩa
của các đơn vị cho mỗi điểm ảnh. Tiled nguồn gốc có thể đƣợc xác định bởi các server
không giống nhƣ trong WMTS nơi mà nó luôn luôn là Tile trên cùng bên trái. Kích thƣớc
tiled có thể đƣợc xác định là tốt. Cũng nhƣ với WMTS, nó hỗ trợ hồ sơ giúp chỉ định một
map quy mô và chiếu map. Cả hai chƣơng trình Trắc Địa Tiled của chúng ta và chƣơng
trình Tile Google Maps Mercator đều là hồ sơ hỗ trợ. TMS Các định dạng hỗ trợ chỉ có
một yêu cầu URL REST đầy đủ cho tiled.
1.4. Thao tác và xử lý ảnh
Để tạo bộ nguồn ảnh để phục vụ các ảnh tiled thì việc xử lý ảnh là cần thiết. Phần
này sẽ bàn luận về các kỹ thuật xử lý ảnh cần thiết để tạo một GIS đựa trên nền tiled. Các
thuật toán cho các thao tác, cắt, và chia tý lệ các loại ảnh khác nhau. Một số thuật toán nội
suy ảnh đƣợc đƣa ra với các ví dụ và bàn luận về những lợi ích tƣơng đối của chúng.
1.4.1. Một số định nghĩa cơ bản về hình ảnh
Một bức ảnh kỹ thuật số đƣợc máy tính thể hiện bằng một bức ảnh hai chiều, có thể
là Raster hay Vector. Raster (hay bitmap) là bức ảnh kỹ thuật số sử dụng một mạng lƣới
hình chữ nhật của các phần tử ảnh (cell) để hiển thị ảnh. Ảnh vector thì sử dụng hình học

nguyên thủy nhƣ điểm, đƣờng và đa giác để hiển thị một ảnh.
Mỗi hình ảnh raster là một mạng lƣới các điểm ảnh, và mỗi điểm ảnh đại diện cho
12

một màu của các hình ảnh tại điểm đó. Thƣờng thì các điểm ảnh trong một hình ảnh quá
nhỏ vì thế chúng không đƣợc nhận ra một cách riêng biệt nhƣng chúng pha trộn với nhau
thành một bức ảnh hoàn hảo.
Giá trị pixel đƣợc thể hiện trong đơn vị của không gian màu sắc của hình ảnh. Các
màu sắc có thể đƣợc đại diện. RGB( đỏ, xanh lá cây, xanh nƣớc biển) là một mô hình phổ
biến. Bất kỳ điểm ảnh nào cũng sẽ đƣợc biểu diễn bởi mô hình 3 màu cơ bản này. Kết hợp
3 mầu cơ bản này ta có thể biểu diễn hàng triệu mầu sắc mà ta nhìn thấy. Chúng ta sử
dụng các giá trị 0 và 1 để đại diện cho các điểm ảnh trong hệ màu RGB. Hệ thống này hỗ
trợ minh bạch bằng sự kết hợp alpha thêm thành phần thứ 4, với khoảng cách từ 0 đến 1,
trong đó 0 là thành phần mầu đó bị tắt còn 1 là thành phần mầu đó đƣợc bật. Mô hình
mầu này đƣợc gọi là RGBA hoặc ARGB.
Để xem và thao tác với ảnh kỹ thuật số raster, các thành phần RGB đƣợc lƣu trữ ở
một byte duy nhất. Trong trƣờng hợp này mỗi thành phần RGB là một biến nguyên từ 0
đến 255 thay vì một giá trị thực từ 0 đến 1. Ba thành phần sẽ mất 3 bytes (24 bits) hoặc 4
bytes (32 bits) cho bức ảnh với các thành phần hệ mầu alpha. Việc sử dụng giá trị nguyên
4 byte để lƣu trữ các thành phần RGB hoặc RGBA là rất phổ biến.
Các điểm ảnh raster thì có địa chỉ sử dụng các tạo độ 2 chiều với một hệ tọa độ trực
giao trên ảnh. Chúng ta sử dụng hệ trục Đề-các cho hệ thống trục tọa độ trên bản đồ, trung
tâm là điểm (0, 0) và hoàng độ hoặc tọa độ x tăng lên khi bạn di chuyển sang phải và tung
độ hoặc tọa độ y tăng khi bạn di chuyển lên trên. Rất nhiều môi trƣờng lập trình đảo
ngƣợc điều này, nguồn của hình ảnh ở phía trên bên trái và tọa độ y tăng khi di chuyển
xuống dƣới. Quy tắc này đƣợc lấy từ raster quét hình ảnh dựa trên nền hệ thống, nhƣ màn
hình ống catot và tivi ở đây thì cơ chế là quét theo chu kỳ lần lƣợt từng dòng và bắt đầu từ
dòng đầu tiên. Sự đảo ngƣợc nhƣ thế là một sự bất tiện mà phải đƣợc xem xét trong tất cả
các ứng dụng không gian địa lý thực tế có liên quan đến dữ liệu hình ảnh kỹ thuật số.
Hình ảnh raster đƣợc lƣu trữ trong một loạt cá tập tin có định dạng xác định chủ yếu

bằng thuật toán nén. Các định dạng thƣờng đƣợc sử dụng là sử dụng nén để giảm bớt
không gian đĩa. Ví dụ RGB với hình ảnh 1000x1000 pixel. Để lƣu nó không nén sẽ phải
mất 1000x1000x3=3 megabyte. Điều đó là quá lãng phí bộ nhớ, trong khi đó thuật toán
nén tốt có thể cho tỷ lệ nén là 1:10. Nhƣ vậy hình ảnh trên có thể chỉ tốn 300 Kilobyte để
lƣu trữ.
13

1.4.2. Hình ảnh không gian địa lý
Các bức ảnh kỹ thuật số rất thích hợp cho việc lƣu trữ các thông tin không gian địa
lý. Nó bao gồm ảnh vệ tinh, hình ảnh không gian và quét đồ họa bản đồ. Tất cả những gì
để tạo nên một bức ảnh kỹ thuật số, một ảnh có gắn không gian địa lý đƣợc đính kèm tọa
độ địa lý để mô tả các hình ảnh của bề mặt trái đất. Có hai cách thƣờng xuyên đƣợc sử
dụng. Đầu tiên, chúng ta có thể cung cấp biên của các hình chữ nhật cho một bức ảnh,
nhƣ dƣới đây hoặc chúng ta có thể cung cấp tọa độ góc kết hợp với độ phân giải của mỗi
điểm ảnh trong mỗi chiều. Với một hoặc nhiều ảnh gắn không gian địa lý, chúng ta có thể
xây dựng hệ thống bản đồ dựa trên nền tiled để phối hợp với các dữ liệu trong những bức
ảnh đó.


Hình 1.4: Ví d v hình a lý vi t
1.4.3. Một số hình định dạng ảnh đặc biệt
Có một số tập tin có định dạng đặc biệt nó thích hợp cho việc lƣu trữ hình ảnh
không gian đại lý. MrSID (multi-resolution seamless image database) là một định dạng
lƣu trữ hình ảnh độc quyền bởi Lizardtech. Nó đƣợc thiết kế đặc biệt cho việc lƣu trữ hình
ảnh không gian địa lý lớn, phổ biến nhất là hình ảnh ortho-rectified. MrSID sử dụng cơ sở
nén wavelet để lƣu trữ nhiều độ phân giải của hình ảnh. Điều này cho phép truy cập
14

nhanh vào tổng thể (hoặc thu nhỏ hình) các phần của của hình ảnh. Điều đó không phổ
biến cho những ảnh MrSID để tạo nên nhiều triệu điểm ảnh.

JPEG2000 là một định dạng tập tin thế hệ tiếp theo đƣợc tạo ra bởi nhóm Joint
Photographic Experts. Giống nhƣ MrSID, nó là một định dạnh dựa trên nền wavelet.
JPEG2000 thì không đƣợc thiết kế đặc biệt để lƣu các ảnh không gian địa lý; tuy nhiên,
phần mở rộng của nó đã thực hiện cho phép các thông tin không gian địa lý đƣợc gắn liện
với hình ảnh. JPEG2000 cũng rất thích hợp để lƣu trữ hình ảnh rất lớn và là một định
dạng mở hơn MrSID.
Một trong những định dạng tập tin ảnh không gian địa lý lâu đời và phổ biến nhất là
GEOTIEF. GEOTIEF dựa trên định dạng Tagged Image chuẩn (TIFF). Một GEOTIEF
chỉ đơn giản là một tập tin TIFF với chuẩn thẻ địa lý không gian đƣợc thêm vào nó.
Chuẩn TIFF là đƣợc sử dụng rộng rãi nhất ở định dạng tập tin hình ảnh. Nó cho phép tùy
chọn các chƣơng trình nén thay thế hay không nén. Nó cũng cho phép nhiều trang hình
ảnh, một loạt các hệ mầu, và cách bố trí bộ nhớ.
1.4.4. Lựa chọn định dạng ảnh tiled
Việc định dạng tập tin ảnh để lƣu trữ và truyền tải tiled hình ảnh là cần thiết. Hiện
nay có hàng trăm định dạng tập tin có thể sử dụng. Một số cung cấp các chƣơng trình nén
rất tốt, còn một số khác tập trung vào sự đơn giản và tƣơng thích. Chúng ta có thể chọn
các định dạng ảnh cái mà có thể mã hóa và giải mã nhanh chóng, cung cấp hiệu suất nén
tốt, và quan trọng nhất là hỗ trợ phần lớn các trình duyệt web hiện nay. Ở đây chúng ta sẽ
giảm bớt nhiệm vụ xử lý hình ảnh và thao tác đƣợc yêu cầu cho mỗi truy cập của khách
hàng. Múc tiêu ở đây là việc sử dụng cùng định dạng ảnh đó là để lƣu trữ và phục hồi.
Dƣới đây là một số định dạng ảnh đƣợc các trình duyệt web hỗ trợ và thông tin các định
dạng.
Bng 1.2nh dng c các trình duyt web h tr [4]

15

Bng 1.3: Thông tin v nh dng nh [4]

Từ hai bảng trên chúng ta có thể thấy định dạng PNG và JPEG là định dạng hợp lý
nhất vì nó có thể nén và cung cấp khá nhiều màu. PNG sử dụng thuật toán nén DEFLATE

không mất mát dữ liệu khi nén và nó còn cung cấp số lƣợng mầu rất lớn 48 bit. PNG có
thế đƣợc nén với hình ảnh có vài mầu độc đáo, mô hình điểm ảnh lặp đi lặp lại, và chuỗi
dài của cùng một giá trị điểm ảnh. Vì thế nó phù hợp để lƣu trữ trả lại số liệu và bản đồ có
bảng màu giới hạn. JPEG sử dụng thật toán nén dựa trên chuyển đổi cosin rời rạc. Nó
thực hiện với hình ảnh có nhiều mầu sắc, có một vài nhiễu, quá trình chuyển đổi nhẹ
nhàng hơn nó thƣờng thấy trong nhiếp ảnh. Nhƣng điều quan trọng ở đây là dạng PNG sẽ
chiếm nhiều không gian bộ nhớ hơn dạng JPEG (tỉ lệ có thể là 18:1). Vì thế JPEG sẽ dùng
để lƣu các hình ảnh cần độ phân giải cao và không gian bộ nhớ là vấn đề quan trọng. Tuy
nhiên, trong thực tế ta hoàn toàn có thể kết hợp 2 dạng này trong bản đồ tiled.
1.4.5. Chọn kích thước ảnh tiled
Đây là bƣớc quan trọng nhất trong hệ thống bản đồ dạng tiled. Các ảnh tiled có thể
có bất kỳ kích cỡ nào và chúng có thể chuyển đổi ở các quy mô khác nhau. Chúng có thể
khác nhau trên cùng một tỷ lệ hoặc chúng có kích cỡ ngẫu nhiên. Tuy nhiên sẽ có hiệu
quả nếu chọn các tiled cùng kích cỡ trên một hoặc mọi mức phóng. Ngoài ra chúng ta có
thể lựa chọn ảnh tiled có chiều dài và chiều rộng bằng nhau.
Có một cách tiếp cận để xác định kích thƣớc tiled tối ƣu. Đầu tiên chúng ta phải xtôi
tác động của việc sử dụng nhiều hình ảnh để ảo hóa một map view đơn giản. Mỗi bức ảnh
sẽ đi kèm với một số lƣợng chi phí. Có nhiều loại chi phí khác nhau, nhƣ chi phí đa tìm
kiếm và đọc của tập tin hệ thống, sử dụng không đồng đều kích cỡ của các block, tiêu đề
và các chi phí không gian lƣu trữ với mỗi ảnh.
Các định dạng đƣợc các Web browser sử dụng nhiều là: PNG và JPEG, nhƣng
chúng cũng có một số nhƣợc điểm sau. Bất kỳ hình ảnh đƣợc mã hóa nào cũng làm hao
phí một không gian lƣu trữ, có nghĩa là không gian không đƣợc dùng trực tiếp vào việc