TÌM HIỂU VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ - WEBGIS

`
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Trần Văn Hưởng
TÌM HIỂU VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG
TIN ĐỊA LÝ - WEBGIS
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Công nghệ thông tin
`
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Trần Văn Hưởng
TÌM HIỂU VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG
TIN ĐỊA LÝ - WEBGIS
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Công nghệ thông tin
Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Hoàng Xuân Huấn
LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn Khoa Công Nghệ Thông Tin, Trường Đại học Công
nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho em học tập và thực hiện
đề tài tốt nghiệp này.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Hoàng Xuân Huấn đã tận tình hướng
dẫn và chỉ bảo em trong quá trìn thực hiện đề tài
Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa công nghệ thông tin đã tận tình
giảng dạy, trang bị cho em những kiến thức quý báu trong những năm học vừa qua
Sau hết, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè, người thân đã ủng hộ động viên
tinh thần để luận văn được hoàn thành.
Mặc dù đã cố gắng hoàn thiện luận văn với tất cả sự nỗ lực của bản thân, nhưng
chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong quý Thầy Cô tận tình chỉ
bảo.

Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn và luôn mong nhận được sự đóng góp quý
báu của tất cả mọi người.
Xin chân thành cảm ơn tất cả !
Hà Nội, tháng 5/2010
Người thực hiện
Trần Văn Hưởng
`
TÓM TẮT KHÓA LUẬN
Trong khóa luận này tôi xin những tìm hiểu về hệ thống thông tin địa lý và cụ thể
là hệ thống thông tin địa lý trên nền Web – WebGIS.
Trong phần đầu của khóa luận trình bày những tìm hiểu về hệ thống thông tin địa
lý nói chung bao gồm: các khái niệm về hệ thống tin địa lý, nguộn gốc ra đời, các thành
phần cấu thành hệ thống thông tin địa lý và một số lĩnh vực ứng dụng của hệ thống
thông tin địa lý.
Trong phần tiếp theo sẽ là phần tìm hiểu về ứng dụng thông tin địa lý trên web từ
đặc điểm, kiến trúc triển khai hệ thông và cách tổ chức lưu trữ dữ liệu địa lý.
Trong phần ba của khóa luận trình bày tìm hiểu về các chuẩn trao đổi dữ liệu địa
lý trên web và một số công nghệ mã nguồn mở giúp xây dựng hệ thống thông tin địa lý
trên Web.
Trong phần cuối của khóa luận trình bày về hệ thống thông tin địa lý do tôi tự xây
dựng dựa trên công nghệ mã nguồn mở.
`
MỤC LỤC
Trần Văn Hưởng................................................................................................................1
HÀ NỘI - 2010..............................................................................................................1
Trần Văn Hưởng................................................................................................................2
HÀ NỘI - 2010..............................................................................................................2
MỞ ĐẦU...........................................................................................................................6
KẾT LUẬN.....................................................................................................................57
`

MỞ ĐẦU
Hệ thống thông tin địa lý (GIS) ra đời và được phát triển mạnh trong những năm
gần đây. Cùng với sự bùng nổ về công nghệ ứng dụng Internet, các phát triển công nghệ
GIS cho phép chia sẻ thông tin thông qua mạng toàn cầu bằng cách kết hợp GIS và Web
hay còn gọi là WebGIS. Bên cạnh đó, xu hướng chia se
̉
dư
̃
liê
̣
u, phát triển phần mềm
trên công nghệ mã nguồn mở cũng đang được quan tâm ở các nước đang phát triển vì
nhiều lợi ích mà nó mang lại. Vì thế, việc nghiên cứu ứng dụng WebGIS trên cơ sở mã
nguồn mở sẽ mang lại khả năng chia se
̉
thông tin địa lý rộng rãi cho các ngành.
Hơn một thập kỷ trước đây, các thông tin không gian - bản đồ ở Việt Nam chủ yếu
được thành lập và phát hành trên giấy. Trong những năm gần đây, các quy trình thành
lập bản đồ, lưu trữ và phát hành đã dần dần chuyển đổi sang công nghệ số. Các bản đồ
giấy trước kia đã được số hoá và đang nằm trong các ổ cứng máy tính tại các cơ quan,
trường học, cá nhân,... Theo xu thế chung, các thông tin không gian này được chuyển
sang lưu trữ trong các hệ thống cơ sở dữ liệu thông tin không gian được sử dụng bởi các
đơn vị khác nhau.
Việc chuyển đổi từ công nghệ số sang công nghệ bản đồ giấy đã là một bước tiến
vượt bậc của ngành trắc địa. Tuy nhiên, các hệ cơ sở dữ liệu không gian được lưu trữ và
sử dụng trong một hệ thống riêng biệt đã hạn chế rất nhiều tiềm năng khai thác thông tin
không gian của các hệ thống này. Công nghệ Web-GIS cho phép phát hành, tiếp cận,
truy vấn thông tin không gian trong một môi trường mở như Internet đã cho phép phát
huy các tiềm năng chưa được đánh thức của các hệ thống thông tin địa lý, không gian và
đưa công tác trắc địa bản đồ lên một tầm cao mới.

Ngay khi vừa ra đời từ cuối những năm 90 của thế kỷ trước, công nghệ Web-GIS
đã được đón nhận rât hồ hởi và có nhiều bước phát triển song còn nhiều hạn chế chưa
theo kịp với các nước trên thế giới. Với sự phát triển và phổ cập của Internet tại Việt
Nam như ngày nay, công nghệ Web-GIS đang được chú trọng phát triển bới cả cơ quan
nhà nước và cộng động doanh nghiệp và được kỳ vọng sẽ đem đến một hướng phát triển
mới đầy tiềm năng.
Nội dung chính của đề tài là tìm hiểu về WebGIS, khả năng xây dựng ứng dụng
WebGIS trên cơ sở mã nguồn mở, trên cơ sở đó ứng dụng xây dựng WebGIS phục vụ
phân tích số liệu bản đồ.
`
1
Khóa luận này trình bày các tìm hiểu lý thuyết về WebGIS bao gồm phân loại các
chiến lược phát triển WebGIS, tìm hiểu phần mềm xây dựng WebGIS trên cơ sở mã
nguồn mở là Mapbuilder và GeoServer và giới thiệu ứng dụng WebGIS phục vụ phân
tích số liệu bản đồ do tôi xây dựng thử nghiệm.
Ngoài phần kết luận khóa luận được chia thành 4 phần lớn như sau:
Chương 1: Hệ thống thông tin địa lý. Trong chương này sẽ cung cấp khái niệm cơ
bản nhất về hệ thống thông tin địa lý, nguồn gốc ra đời, các thành phần chính cấu thành
mộ hệ thống thông tin địa lý. Phần cuối chương sẽ trình bày về các lĩnh vực đã ứng
dụng hệ thống thông tin địa lý.
Chương 2: Hệ thống thông tin đía lý trên Web (WebGIS). Chương này sẽ đi sâu
tìm hiểu về hệ thống thông tin địa lý trên nền Web. Phần đầu của chương sẽ giới thiệu
đặc điểm riêng của hệ thống thông tin địa lý trên nền web. Phần tiếp theo của chương sẽ
trình bày về kiến trúc hệ thông thông tin địa lý trên web và ưu nhược điểm của cái kiến
trúc đó khi triển khai trên thực tế. Phần cuối của chương sẽ trình bày các phương pháp
mô hình hóa dữ liệu bản đồ thành dữ liệu số và ưu nhược điểm của các phương pháp
này.
Chương 3: Một số ứng dụng WebGIS mã nguồn mở. Chương này sẽ trình bày về
cách thức truyền thông của các ứng dựng GIS trên nền Web và một số công nghệ mã
nguồn mở phục vụ cho việc xây dựng hệ thống thông tin đía lý trên web.

Chương 4: Xây dựng ứng dụng WebGiS. Dựa vào kiến thức tìm hiểu ở các phần
trên trong chương này sẽ giới thiệu hệ thống thông tin địa lý trên Web do tôi tự xây
dựng.
`
Chương 1. Hệ thống thông tin địa lý
1.1. Hệ thống thông tin địa lý là gì
Thông tin địa lý được thể hiện chủ yếu dưới dạng bản đồ đã ra đời từ xa xưa.Các
bản đồ trước tiên được phác thảo để mô tả vị trí, cảnh quan, địa hình…Bản đồ chủ yếu
gồm những điểm và đường. Tuy nhiên bản đồ dạng này thích hợp cho quân đội và các
cuộc thám hiểm hơn là được sử dụng như một công cụ khai thác tiềm năng của địa lý.
Bản đồ vẫn tiếp tục được in trên giấy ngay cả khi máy tính đã ra đời một thời gian
dài trước đó. Bản đồ in trên giấy bộc lộ những hạn chế như: thời gian xây dựng, đo đạc,
tạo lập rất lâu và tốn kém. Lượng thông tin mang trên bản đồ giấy là hạn chế vì nếu
mang hết các thông tin lên bản đồ sẽ gây khó đọc. Bên cạnh đó bản đồ giấy không thể
cập nhật theo thời gian được vv…
Ý tưởng mô hình hóa không gian lưu trữ vào máy tính, tạo nên bản đồ máy tính.
Đó là bản đồ đơn giản có thể mã hóa, lưu trữ trong máy tính, sữa chữa khi cần thiết, có
thể hiển thị trên màn hình và in ra giấy.
Tuy nhiên các nhà nghiên cứu nhận thấy nhiều vấn đề địa lý cần phải thu thập một
lượng lớn thông tin không phải là bản đồ.
Lúc này khái niệm Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System -
GIS) ra đời thay thế cho thuật ngữ bản đồ máy tính.
GIS được hình thành từ các ngành khoa học: Địa lý, Bản đồ, Tin học và Toán học.
Chỉ đến những năm 80 thì GIS mới có thể phát huy hết khả năng của mình do sự phát
triển mạnh mẽ của công nghệ phần cứng. Bắt đầu từ thập niên 80, GIS đã trở nên phổ
biến trong các lãnh vực thương mại, khoa học và quản lý. Chúng ta có thể gặp nhiều
cách định nghĩa về GIS
- Là một tập hợp của các phần cứng, phần mềm máy tính cùng với các thông tin
địa lý mô tả không gian. Tập hợp này được thiết kế để có thể thu thập, lưu trữ,
cập nhật, thao tác, phân tích, thể hiện tất cả các hình thức thông tin mang tính

không gian.
- GIS là một hệ thống máy tính có khả năng lưu trữ và sử dụng dữ liệu mô tả các
vị trí trên bề mặt trái đất
- Một hệ thống được gọi là GIS nếu nó có các công cụ hỗ trợ cho việc thao tác
với dữ liệu không gian
1
- Cơ sở dữ liệu GIS là sự tổng hợp có cấu trúc các dữ liệu số hóa không gian và
phi không gian về các đối tượng bản đồ, mối liên hệ giữa các đối tượng không
gian và các tính chất của một vùng của đối tượng
Tóm lại, hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống phần mềm máy tính được sử
dụng trong việc vẽ bản đồ, phân tích các vật thể, hiện tượng tồn tại trên trái đất. Công
nghệ GIS tổng hợp các chức năng chung về quản lý dữ liệu như hỏi đáp và phân tích
thống kê với sự thể hiện trực quan và phân tích các vật thể hiện tượng không gian trong
bản đồ. Sự khác biệt giữa GIS và các hệ thống thông tin thông thường là tính ứng dụng
của nó rất rộng trong việc giải thích hiện tượng, dự báo và qui hoạch chiến lược.
1.2. Các thành phần của hệ thống thông tin địa lý
GIS được kết hợp bởi năm thành phần chính: phần cứng, phần mềm, dữ liệu, con
người và chính sách được mô tả trong hình 1.1
Hình 1.1 Mô hình các thành phần GIS
a. Phần cứng
Phần cứng là hệ thống máy tính trên đó một hệ GIS hoạt động. Ngày nay, phần
mềm GIS có khả năng chạy trên rất nhiều dạng phần cứng, từ máy chủ trung tâm đến
các máy trạm hoạt động độc lập hoặc liên kết mạng.
b. Con người
2
Công nghệ GIS sẽ bị hạn chế nếu không 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 công việc.
c. Phần mềm

Là tập hợp các câu lệnh, chỉ thị nhằm điều khiển phần cứng của máy tính thực
hiện một nhiệm vụ xác định, phần mềm hệ thống thông tin địa lý có thể là một hoặc tổ
hợp các phần mềm máy tính. Phần mềm được sử dụng trong kỹ thuật GIS phải bao gồm
các tính năng cơ bản sau:
- Nhập và kiểm tra dữ liệu: Bao gồm tất cả các khía cạnh về biến đổi dữ liệu đã ở
dạng bản đồ, trong lĩnh vực quan sát vào một dạng số tương thích. Ðây là giai đoạn rất
quan trọng cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý.
- Lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu: Lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu đề cập đến
phương pháp kết nối thông tin vị trí và thông tin thuộc tính của các đối tượng địa lý
(điểm, đường đại diện cho các đối tượng trên bề mặt trái đất). Hai thông tin này được tổ
chức và liên hệ qua các thao tác trên máy tính và sao cho chúng có thể lĩnh hội được bởi
người sử dụng hệ thống.
- Xuất dữ liệu: Dữ liệu đưa ra là các báo cáo kết quả quá trình phân tích tới người
sử dụng, có thể bao gồm các dạng: bản đồ, bảng biểu, biểu đồ, lưu đồ được thể
hiện trên máy tính, máy in, máy vẽ...
- Biến đổi dữ liệu: Biến đổi dữ liệu gồm hai lớp điều hành nhằm mục đích khắc
phục lỗi từ dữ liệu và cập nhật chúng. Biến đổi dữ liệu có thể được thực hiện
trên dữ liệu không gian và thông tin thuộc tính một cách tách biệt hoặc tổng hợp
cả hai.
- Tương tác với người dùng: Giao tiếp với người dùng là yếu tố quan trọng nhất
của bất kỳ hệ thống thông tin nào. Các giao diện người dùng ở một hệ thống tin
được thiết kế phụ thuộc vào mục đích của ứng dụng đó.
Các phần mềm tiêu chuẩn và sử dụng phổ biến hiện nay trong khu vực Châu Á là
ARC/INFO, MAPINFO, ILWIS, WINGIS, SPANS, IDRISIW,... Hiện nay có rất nhiều
phần mềm máy tính chuyên biệt cho GIS, bao gồm các phần mềm như sau:
- Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý số liệu thông tin địa lý: ACR/INFO,
SPAN,ERDAS-Imagine, ILWIS, MGE/MICROSTATION, IDRISIW, IDRISI,
WINGIS,
3
- Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý và quản lý các thông tin địa lý: ER-

MAPPER, ATLASGIS, ARCVIEW, MAPINFO,..
Tuỳ theo yêu cầu và khả năng ứng dụng trong công việc cũng như khả năng kinh
phí của đơn vị, việc lưu chọn một phần mềm máy tính sẽ khác nhau.
d. 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. Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu không gian với các
nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng DBMS để tổ chức lưu giữ và quản lý dữ
liệu.
Số liệu được sử dụng trong GIS không chỉ là số liệu địa lý riêng lẽ mà còn phải
được thiết kế trong một cơ sở dữ liệu. Những thông tin địa lý có nghĩa là sẽ bao gồm các
dữ kiện về (1) vị trí địa lý, (2) thuộc tính của thông tin, (3) mối liên hệ không gian của
các thông tin, và (4) thời gian. Có 2 dạng số liệu được sử dụng trong kỹ thuật GIS là:
- Cơ sở dữ liệu bản đồ: là những mô tả hình ảnh bản đồ được số hoá theo một
khuôn dạng nhất định mà máy tính hiểu được. Hệ thống thông tin địa lý dùng
cơ sở dữ liệu này để xuất ra các bản đồ trên màn hình hoặc ra các thiết bị ngoại
vi khác như máy in, máy vẽ.
- Số liệu thuộc tính: được trình bày dưới dạng các ký tự hoặc số, hoặc ký hiệu để
mô tả các thuộc tính của các thông tin thuộc về địa lý.
Trong các dạng số liệu trên, số liệu Vector là dạng thường sử dụng nhất. Tuy
nhiên, số liệu Raster rất hữu ích để mô tả các dãy số liệu có tính liên tục như: nhiệt độ,
cao độ...và thực hiện các phân tích không gian của số liệu. Còn số liệu thuộc tính được
dùng để mô tả cơ sở dữ liệu.
Có nhiều cách để nhập số liệu, nhưng cách thông thường nhất hiện nay là số hoá
bằng bàn số hoá, hoặc thông qua việc sử dụng máy quét ảnh
e. Chính sách
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 bổ nhiệm để tổ chức
hoạt động hệ thống GIS một cách có hiệu quả để phục vụ người sử dụng thông tin.

4
Để hoạt động thành công, hệ thống GIS phải được đặt trong 1 khung tổ chức phù
hợp và có những hướng dẫn cần thiết để quản lý, thu thập, lưu trữ và phân tích số liệu,
đồng thời có khả năng phát triển được hệ thống GIS theo nhu cầu. Trong quá trình hoạt
động, mục đích chỉ có thể đạt được và tính hiệu quả của kỹ thuật GIS chỉ được minh
chứng khi công cụ này có thể hỗ trợ những người sử dụng thông tin để giúp họ thực
hiện được những mục tiêu công việc. Ngoài ra việc phối hợp giữa các cơ quan chức
năng có liên quan cũng phải được đặt ra, nhằm gia tăng hiệu quả sử dụng của GIS cũng
như các nguồn số liệu hiện có.
Như vậy, trong 5 hợp phần của GIS, hợp phần chính sách và quản lý đóng vai trò
rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt động của hệ thống, đây là yếu tố quyết định sự
thành công của việc phát triển công nghệ GIS.
Trong phối hợp và vận hành các hợp phần của hệ thống GIS nhằm đưa vào hoạt
động có hiệu quả kỹ thuật GIS, 2 yếu tố huấn luyện và chính sách - quản lý là cơ sở của
thành công. Việc huấn luyện các phương pháp sử dụng hệ thống GIS sẽ cho phép kết
hợp các hợp phần: (1) Thiết bị (2) Phần mềm (3) con người và (4) Số liệu với nhau để
đưa vào vận hành. Tuy nhiên, yếu tố chính sách và quản lý sẽ có tác động đến toàn bộ
các hợp phần nói trên, đồng thời quyết định đến sự thành công của hoạt động GIS
1.3. Một số ứng dụng của hệ thống thông tin địa lý
Nhờ những khả năng phân tích và xử lý đa dạng, kỹ thuật GIS hiện nay được ứng
dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực, được xem là công cụ hỗ trợ quyết định (decision -
making support tool). Sau đây là một số lĩnh vực điển hình được ứng dụng kỹ thuật GIS
Nghiên cứu quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường
* Quản trị rừng (theo dõi sự thay đổi, phân loại...),
* Quản trị đường di cư và đời sống động vật hoang dã,
* Quản lý và quy hoạch đồng bằng ngập lũ, lưu vực sông,
* Bảo tồn đất ướt,
* Phân tích các biến động khí hậu, thuỷ văn.
* Phân tích các tác động môi trường (EIA),
* Nghiên cứu tình trạng xói mòn đất,

* Quản trị sở hữu ruộng đất,
5
* Quản lý chất lượng nước,
* Quản lý, đánh giá và theo dõi dịch bệnh,
* Xây dựng bản đổ và thống kê chất lượng thổ nhường.
* Quy hoạch và đánh giá sử dụng đất đai.
Nghiên cứu điều kiện kinh tế - xã hội
* Quản lý dân số,
* Quản trị mạng lưới giao thông (thuỷ - bộ),
* Quản lý mạng lưới y tế, giáo dục,
* Điều tra và quản lý hệ thống cơ sở hạ tầng.
Nghiên cứu hỗ trợ các chương trình quy hoạch phát triển
* Đánh giá khả năng thích nghi cây trồng, vật nuôi và động vật hoang dã,
* Định hướng và xác định các vùng phát triển tối ưu trong sản xuất nông
nghiệp,
* Hỗ trợ quy hoạch và quản lý các vùng bảo tồn thiên nhiên,
* Đánh giá khả năng và định hướng quy hoạch các vùng đô thị, công nghiệp
lớn,
* Hỗ trợ bố trí mạng lưới y tế, giáo dục.
Trong nghiên cứu sản xuất nông nghiệp và phát triển nông thôn, các lĩnh vực ứng
dụng của kỹ thuật GIS rất rộng rãi. Do vậy, GIS trở thành công cụ đắc dụng cho việc
quản lý và tổ chức sản xuất nông nghiệp - nông thôn trên các vùng lãnh thổ.
Các lĩnh vực ứng dụng của GIS trong sản xuất nông nghiệp và phát triển nông
thôn
Thổ nhường
* Xây dựng các bản đồ đất và đơn tính đất.
* Đặc trưng hoá các lớp phủ thổ nhường
Trồng trọt
* Khả năng thích nghi các loại cây trồng
* Sự thay đổi của việc sử dụng đất

6
* Xây dựng các đề xuất về sử dụng đất
* Khả năng bền vững của sản xuất nông nghiệp Nông - Lâm kết hợp
* Theo dõi mạng lưới khuyến nông
* Khảo sát nghiên cứu dịch - bệnh cây trồng (côn trùng và cỏ dại)
* Suy đoán hay nội suy các ứng dụng kỹ thuật
Quy hoạch thuỷ văn và tưới tiêu
* Xác định hệ thống tưới tiêu
* Lập thời biểu tưới nước
* Tính toán sự xói mòn/ bồi lắng trong hồ chứa nước
* Nghiên cứu đánh giá ngập lũ
Kinh tế nông nghiệp
* Điều tra dân số / nông hộ
* Thống kê
* Khảo sát kỹ thuật canh tác
* Xu thế thị trường của cây trồng
* Nguồn nông sản hàng hoá
Phân tích khí hậu
* Hạn hán
* Các yếu tố thời tiết
* Thống kê
Mô hình hoá nông nghiệp
* Ước lượng / tiên đoán năng suất cây trồng
Chăn nuôi gia súc / gia cầm
* Thống kê
* Phân bố
7
Chương 2. Hệ thống thông tin địa lý trên Web
GIS đã được ứng dụng từ vài thập niên trước đây, nhưng dường như GIS vẫn chưa
đến được với mọi người. Lý do là, trước nay các ứng dụng GIS hầu hết chạy trên máy

tính đơn.Với những máy tính này cần thiết phải cài đặt các module xử lý GIS (dưới
dạng các dll, hay các Active X)…điều này cản trở khả năng ứng dụng GIS rộng rãi.
Ví dụ:
Khi một người cần biết tuyến xe buýt để di chuyển thì ngoại trừ khi anh ta trang bị
một máy tính bỏ tui cài ứng dụng Tìm đường xe buýt còn không anh phải trở về nhà hay
đến cơ quan tìm đến đúng máy tính được cài ứng dụng này để tìm kiếm thông tin.
Từ ví dụ này cho thấy với các ứng dụng GIS mang tính cộng đồng hoặc khi cần có
thể sử dụng bất kể nơi đâu, thì mô hình ứng dụng chạy trên máy đơn là không đáp ứng
được. Như đã biết Internet ra đời và đã thu ngắn khoảng cách giữa mọi người, và cho
phép tìm kiếm thông tin mọi lúc mọi nơi. Mô hình ứng dụng GIS chạy trên nền Internet
cho phép mọi người dùng bất kì công cụ nào có thể truy cập Internet tìm kiếm được
thông tin mình cần.
2.1. Hệ thống thông tin địa lý trên Web và các thách thức
Hệ thống thông tin địa lý trên web (WebGIS) là hệ thống thông tin địa lý phân tán
trên một mạng các máy tính để tích hợp, trao đổi các thông tin địa lý trên World Wide
Web. Trong cách thực hiện nhiệm vụ phân tích GIS, dịch vụ này gần giống như là kiến
trúc client-Server của Web. Xử lý thông tin địa lý được chia ra thành các nhiệm vụ ở
phía server và phía client. Điều này cho phép người dùng có thể truy xuất, thao tác và
nhận kết quả từ việc khai thác dữ liệu GIS từ trình duyệt web của họ mà không phải trả
tiền cho phần mềm GIS.
Một trình khách tiêu biểu là trình duyệt web và máy chủ bao gồm một Web server
có cung cấp một chương trình phần mềm WebGIS. Client thường yêu cầu một ảnh bản
đồ hay vài xử lý thông tin địa lý qua Web đến máy chủ ở xa. Máy chủ chuyển đổi yêu
cầu thành mã nội bộ và gọi những chức năng về GIS bằng cách chuyển tiếp yêu cầu tới
phần mềm WebGIS. Phần mềm này trả về kết quả, sau đó kết quả này được định dạng
lại cho việc trình bày bởi trình duyệt hay những hàm từ các plug-in hoặc Java applet.
Server sau đó trả về kết quả cho client để hiển thị, hoặc gửi dữ liệu và các công cụ phân
tích đến client để dùng ở phía client.
8
Phần lớn sự chú ý gần đây là tập trung vào việc phát triển các chức năng GIS trên

Internet. WebGIS có tiềm năng lớn trong việc làm cho thông tin địa lý trở nên hữu dụng
và sẵn sàng tới số lượng lớn người dùng trên toàn thế giới. Thách thức lớn của WebGIS
là việc tạo ra một hệ thống phần mềm không phụ thuộc vào nền tảng phần cứng và chạy
trên chuẩn giao thức mạng TCP/IP, có nghĩa là khả năng WebGIS được chạy trên bất kì
trình duyệt web của bất kì máy tính nào nối mạng Internet. Đối với vấn đề này, các phần
mềm GIS hải được thiết kế lại để trở thành ứng dụng WebGIS theo các kỹ thuật mạng
Internet.
2.2. Kiến trúc hệ thống thông tin địa lý trên Web
2.2.1. Kiến trúc chung
Dịch vụ web thông tin địa lý hay còn 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 công nghệ và các cách thức phát triển, mở rộng khác
nhau mà WebGIS sẽ trở thành n tầng khác nhau. Kiến chung 3 tầng của WebGIS được
mô tả hình dưới bao gồm tầng trình bày, tầng giao dịch và tầng dữ liệu được trình bày
trong hình 2.1
Hình 2.1 Mô hình 3 lớp trong kiến trúc WebGIS
Tầng trình bày: Thông thường chỉ là các trình duyệt Internet Explorer, Mozilla
Firefox ... 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. Các
Client đôi khi cũng là một ứng dụng desktop tương tự như phần mềm MapInfo,
ArcMap,…
Tầng giao dịch: thường được tích hợp trong một webserver nào đó, ví dụ như
Tomcat, Apache, Internet Information Server. Đó 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 theo yêu cầu. Tùy theo yêu cầu của client mà kết quả về khác nhau : có
thể là một hình ảnh dạng bimap (jpeg, gif, png) hay dạng vector được mã hóa như SVG,
9
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 tóan về không gian. Thông
thường các response và request đều theo chuẩn HTTP POST hoặc GET.
Tầng dữ liệu: là nơi lưu trữ các dữ liệu địa lý bao gồm cả các dữ liệu không gian
và phi không gian. Các dữ liệu này được quản trị bởi các hệ quản trị cơ sở dữ liệu như
ORACLE, MS SQL SERVER, ESRI SDE, POSGRESQL,… hoặc là các file dữ liệu
dạng flat như shapefile, tab, XML,… Các dữ liệu này được thiết kế, cài đặt và xây dựng
theo từng quy trình, từng quy mô bài toán ... mà lựa chọn hệ quản trị cơ sở dữ liệu phù
hợp.
Cơ sở dữ liệu không gian sẽ được dùng để quản lý và truy xuất dữ liệu không gian,
được đặt trên data server. Nhà kho hay nơi lưu trữ được dùng để lưu trữ và duy trì
những siêu dữ liệu về dữ liệu không gian tại những data server khác nhau. Dựa trên
những thành phần quản lý dữ liệu, ứng dụng server và mô hình server được dùng cho
ứng dụng hệ thống để tính toán thông tin không gian thông qua các hàm cụ thể. Tất cả
kết quả tính toán của ứng dụng server sẽ được gửi đến web server để thêm vào các gói
HTML, gửi cho phía client và hiển thị nơi trình duyệt web.
Xem hình minh họa dưới đây. Lưu ý là tất cả các thành phần đều được kết nối
nhau thông qua mạng Internet.
10
Hình 2.2: Các bước xử lý thông tin của WebGIS
Các bước xử lý
1) Client gửi yêu cầu của người sử dụng thông qua giao thức HTTP đến
webserver.
2) Web server nhận yêu cầu của người dùng gửi đến từ phía client, xử lý và
chuyển tiếp yêu cầu đến ứng dụng trên server có liên quan.
3) Application server (chính là các ứng dụng GIS) nhận các yêu cầu cụ thể đối
với ứng dụng và gọi các hàm có liên quan để tính toán xử lý. Nếu có yêu cầu
dữ liệu nó sẽ gửi yêu cầu dữ liệu đến data exchange server(server trao đổi dữ
liệu)..
4) Data exchange server nhận yêu cầu dữ liệu và tìm kiếm vị trí của những dữ
liệu này sau đó gửi yêu cầu dữ liệu đến server chứa dữ liệu (data server )

tương ứng cần tìm.
5) Data server dữ liệu tiến hành truy vấn lấy ra dữ liệu cần thiết và trả dữ liệu này
về cho data exchange server
6) Data exchange server nhận dữ liệu từ nhiều nguồn data server khác nhau nằm
rải rác trên mạng. Sắp xếp dữ liệu lại theo logic của yêu cầu dữ liệu,sau đó gửi
trả dữ liệu về cho application server.
11
7) Application server nhận dữ liệu trả về từ các data exchange server và đưa
chúng đến các hàm cần sử dụng, xử lý chúng tại đây và kết quả được trả về
cho web server.
8) Web server nhận về kết quả xử lý, thêm vào các ngữ cảnh web (HTML,
PHP..) để có thể hiển thị được trên trình duyệt và cuối cùng gửi trả kết quả về
cho trình duyệt dưới dạng các trang web.
Hỉnh 2.3: Quá trình xử lý thông tin của WebGIS
2.2.2. Các hình thức triển khai
Trong mô hình hoạt động của WebGIS được chia ra 2 phần : các hoạt động ở phía
máy khách (client side) và các hoạt động xử lý ở phía máy chủ ( server side).
 Client side
Client side được dùng để hiển thị kết quả đến cho người dùng, nhận các điều khiển
trực tiếp từ người dùng và tương tác với web server thông 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
12
Gồm có: Web server,Application server, Data server và Clearinghouse.. Server
side có nhiệm vụ lưu trữ dữ liệu không gian, xử lý tính toán và trả về kết quả (dưới dạng
hiển thị được) cho client side.
- Web server: 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 yêu cầu từ phía client đối với ứng dụng web đều được web server
nhận và thông dịch và sau đó gọi các chức năng của ứng dụng thông qua các
giao tiếp mạng như MAPI, Winsock, namped pipe…
- Application server: Đây là phần chương trình gọi các hàm xử lý GIS, gửi yêu
cầu lấy dữ liệu đến clearinghouse
- Data server: 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 không gian và thuộc tính một cách
chung nhất
Ví dụ:
SDE của ESRI (1998), SpatialWare của MapInfo (1998)…
Nhìn chung các cơ sở dữ liệu sử dụng đều là các cơ sở dữ liệu quan hệ, và trong
tương lai sẽ thay thế bằng cơ sở dữ liệu hướng đối tượng như Clearinghouse.
Clearinghouse được sử dụng để chứa dữ liệu về dữ liệu không gian được quản lý bởi
các data server. Clearinghouse đóng vai trò như một cuốn catalog, clearinghouse tìm
kiếm trong catalog này để tìm dữ liệu cần.
Có 2 chiến thuật lựa chọn, tương ứng với 2 kiểu triển khai, kiểu thứ nhất tập trung
công việc chủ yếu cho phía server, kiểu kia ngược lại tập trung công việc cho phía
client.
2.2.2.1. Kiến trúc hướng phục vụ
Những chiến thuật này tập trung vào việc cung cấp dữ liệu GIS và phân tích “theo
yêu cầu” bởi một server đủ mạnh, server này sẽ truy cập dữ liệu và phần mềm cần thiết
để xử lý dữ liệu.
Chiến thuật server- side có thể so sánh với mô hình sử dụng máy mainframe để
chạy GIS trong một mạng cục bộ. Trong đó, máy client cấu hình không đòi hỏi cao,chỉ
cần chạy chương trình để gửi các yêu cầu và hiển thị được các trả lời từ server.
Các bước xử lý:
13

Hình 2.4: Kiến trúc hướng phục vụ
Trong WebGIS đôi khi thuật ngữ “map server” được dùng để chỉ ra rằng chiến
thuật áp dụng là server- side. Mà trong đó khi người dùng gửi yêu cầu cần “map”để hiển
thị, thì sẽ được “phục vụ” bởi server.
Chiến thuật server-side dựa trên khả năng trình duyêt web của người dùng có thể
gửi các yêu cầu đến các phần mềm GIS trên server thông qua Internet
Các chương trình được dùng để nhận và xử lý yêu cầu người dùng có thể được
viết bằng các ngôn ngữ như : Perl, Visual Basic, C++…Các chương trình này cũng có
thể mua từ các nhà sản xuất để tạo khả năng kết nối tốt hơn đến các hệ xử lý GIS đã tồn
tại.
Để có thể giao tiếp với các ứng dụng WebGIS đặt trên server, web server có thể sử
dụng các chuẩn giao tiếp phổ biến như CGI (Common Gateway Interface), Java, ISAPI
(Internet Server Application Programming Interface), and NSAPI (Netscape Server
Application Programming Interface)…
Các thuận lợi và khó khăn của kiến trúc này
o Thuận lợi
- Với server có cấu hình mạnh được sử dụng, người dùng có thể truy xuất
trên tập dữ liệu lớn hơn và phức tạp lớn. Thay vì phải xử lý trên máy client,
hầu hết không được cấu hình mạnh và việc truyền dữ liệu lớn qua mạng
Internet sẽ gây nhiều khó khăn.
- Cũng với server mạnh, việc phân tích, xử lý các chức năng GIS sẽ được
tiến hành nhanh và không đòi hỏi quá nhiều ở người dùng sự am hiểu.
- Kiểm soát được các thao tác của người dùng (chủ yếu là đơn giản) trên dữ
liệu và luôn đảm bảo người dùng nhận kết quả đúng từ dữ liệu (do phía
client không phải xử lý nhiều).
o Khó khăn
- Với chiến thuật này thì dù yêu cầu là nhỏ (client hoàn toàn xử lý được) hay
lớn, tất cả đều gửi về phía server, và server xử lý xong lại gửi trả về cho
client thông qua đường truyền trên mạng.
14

- Hiệu năng của hệ thống WebGIS sẽ bị ảnh hưởng bởi băng thông và đường
truyền mạng Internet giữa server và client. Nhất là khi mà kết quả trả về
phải mang chuyển những file lớn.
- Hệ thống WebGIS sử dụng chiến thuật này không tận dụng được khả năng
xử lý trên máy client. Chủ yếu client chỉ xử lý gửi yêu cầu và hiển thị kết
quả đáp ứng.
Nhìn chung, chiến thuật này áp dụng tốt nhất cho các ứng dụng WebGIS thương
mại hay cộng đồng với số lượng lớn người dùng mà không quan tâm đến khả năng xử lý
GIS trên các máy người dùng.
2.2.2.2. Kiến trúc hướng người dùng
Thay vì để server làm quá nhiều việc, một số chức năng xử lý GIS sẽ được đưa về
phía máy người dùng, và tại đây sẽ có một phần dữ liệu được xử lý.
Hình 2.5: Kiến trúc hướng người dùng
Có 2 dạng triển khai chiến thuật client side như sau:
a. GIS Applet được phân phối đến Client khi có yêu cầu
Trong cách triển khai chiến thuật này các xử lý GIS sẽ được server cung cấp cho
phía client dưới dạng các chương trình thực thi nhỏ hoặc là các applet để có thể chạy
được ở phía client. Những applet như vậy được phân phối đến client khi client cần nó để
xử lý.
- Người dùng tạo ra một yêu cầu từ trình duyệt
- Yêu cầu được chuyển qua Internet đến server (1).
- Server xử lý các yêu cầu
- Kết quả phản hồi trả về bao gồm dữ liệu và các applet cần thiết để người dùng có
thể làm việc trên dữ liệu này.
Các applet có thể được viết bằng Java, JavaScript hoặc ở dạng các ActiveX.Như
vậy trình duyệt cần được tích hợp các compiler để xử lý các applet này.
b. GIS Applet và Plug-in cố định ở Client
15
Các triển khai trên cần thêm các chức năng xử lý GIS vào trình duyệt. Tuy nhiên
việc chuyển dữ liệu và các applet cần thiết qua mạng Internet mất nhiều thời gian nhất là

khi mà ứng dụng ít được dùng đến.
Giải pháp cho vấn đề này là cách triển khai sau đây:
- Chuyển các GIS applet đến máy tính client một cách cố định, và không phải
chuyển đến mỗi khi cần nữa
- Download và cài đặt cố dịnh các plug-in vào trình duyệt web của client
- Xây dựng một trình duyệt web có tích hợp sẵn phần mềm xử lý GIS để chạy
trên client.
- Tích hợp các link đến nguồn tài nguyên dữ liệu khác trên mạng trong mỗi gói
dữ liệu tải về.
- Server chỉ được gọi khi client khi cần dữ liệu mới,hoặc dữ liệu cho một ứng
dụng mới
- Người dùng được toàn quyền thao tác trên dữ liệu họ dùng và phân tích chúng.
Các thuận lợi và khó khăn của chiến thuật này
o Thuận lợi
- Tận dụng sức mạnh xử lý trên máy người dùng
- Người dùng được quyền điều khiển trong quá trình phân tích dữ liệu
- Khi server gửi dữ liệu cần thiết về, người dùng có thể làm việc với dữ liệu
này mà không phải gửi đi hay nhận về cái gì khác từ mạng.
o Khó khăn
- Các hồi đáp từ server có thể bao gồm lượng lớn dữ liệu cũng như các applet
(cho lần đầu tiên khi trình duyệt tại máy sử dụng chạy ứng dụng WebGIS)
có thể dẫn đến sự trì hoãn.
- Dữ liệu GIS thường lớn và phức tạp dẫn đến sẽ khó xử lý nếu client không
được cấu hình mạnh.
- Người dùng có thể chưa được huấn luyện đầy đủ để thực hiện các chức
năng phân tích dữ liệu một cách đúng đắn
- Không dành cho người dùng bình thường.
2.2.2.3. Kiến trúc kết hợp
Áp dụng thuần túy 2 chiến dịch trên đều có những hạn chế nhất định. Đối với
chiến thuật Server-side chất lượng đường truyền sẽ ảnh hưởng đến tốc độ và thời gian

truyền giữa yêu cầu và hồi đáp. Trong khi đó với client-side lại phụ thuộc vào cấu hình
máy client. Một vài thao tác có thể chậm do đòi hỏi bộ xử lý mạnh không được đáp ứng.
Kết hợp 2 chiến thuật cho ta một giải pháp “lai”, tận dụng được ưu điểm của 2
chiến thuật trên. Những công việc đòi hỏi dữ liệu lớn, tính toán phức tạp giao cho server
16
xử lý. Những công việc đòi hỏi người dùng có quyền điều khiển cao (thao tác bản đồ,
v.v..) được giao cho client. Như vậy đòi hỏi thông tin về cấu hình của server và client
cần được chia sẻ cho nhau.
Giải pháp này tỏ ra hiệu quả khi mà client thỉnh thoảng mới cần liên lạc với server
để lấy dữ liệu.
2.3. Dạng dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý
Dữ liệu của webgis cũng giống như hệ thống thông tin địa lý, có thể chia ra làm 2
loại số liệu cơ bản: số liệu không gian, phi không gian hay còn là dữ liệu thuộc tính và
dữ liệu thời gian. Mỗi loại có những đặc điểm riêng và chúng khác nhau về yêu cầu lưu
giữ số liệu, hiệu quả, xử lý và hiển thị.
Số liệu không gian là những mô tả số của hình ảnh bản đồ, chúng bao gồm toạ độ,
quy luật và các ký hiệu dùng để xác định một hình ảnh bản đồ cụ thể trên từng bản đồ.
Hệ thống thông tin địa lý dùng các số liệu không gian để tạo ra một bản đồ hay hình ảnh
bản đồ trên màn hình hoặc trên giấy thông qua thiết bị ngoại vi, …
Số liệu phi không gian là những diễn tả đặc tính, số lượng, mối quan hệ của các
hình ảnh bản đồ với vị trí địa lý của chúng. Các số liệu phi không gian được gọi là dữ
liệu thuộc tính, chúng liên quan đến vị trí địa lý hoặc các đối tượng không gian và liên
kết chặt chẽ với chúng trong hệ thống thông tin địa lý thông qua một cơ chế thống nhất
chung.
Dữ liệu thời gian là thông tin không gian (có vị trí tọa độ) và thông tin thuộc tính
có thể biến đổi không phụ thuộc vào nhau tương đối theo thời gian.
2.3.1. Dữ liệu không gian
Dữ liệu là trung tâm của hệ thống GIS, hệ thống GIS chứa càng nhiều thì chúng
càng có ý nghĩa. Dữ liệu của hệ GIS được lưu trữ trong CSDL và chúng được thu thập
thông qua các mô hình thế giới thực. Dữ liệu trong hệ GIS còn được gọi là thông tin

không gian. Đặc trưng thông tin không gian là có khả năng mô tả “vật thể ở đâu” nhờ vị
trí tham chiếu, đơn vị đo và quan hệ không gian. Chúng còn khả năng mô tả “hình dạng
hiện tượng” thông qua mô tả chất lượng, số lượng của hình dạng và cấu trúc. Cuối cùng,
đặc trưng thông tin không gian mô tả “quan hệ và tương tác” giữa các hiện tượng tự
nhiên. Mô hình không gian đặc biệt quan trọng vì cách thức thông tin sẽ ảnh hưởng đến
khả năng thực hiện phân tích dữ liệu và khả năng hiển thị đồ hoạ của hệ thống.
Dữ liệu đồ họa này mô tả thế giới thực và được chia làm 2 loại : dữ liệu raster và
dữ liệu vectơ.
17
2.3.1.1. Dữ liệu vector
2.3.1.1.1. Các kiểu đối tượng trong dữ liệu vector
a. Đối tượng điểm
Điểm được xác định bởi cặp giá trị điểm. Các đối tượng đơn, thông tin về địa lý
chỉ gồm cơ sở vị trí sẽ được phản ánh là đối tượng điểm. Các đối tượng kiểu điểm có
đặc điểm:
- Là toạ độ đơn (x,y)
- Không cần thể hiện chiều dài và diện tích
Hình 2.6: Số liệu vector được biểu thị dưới dạng điểm (Point).
Tỷ lệ trên bản đồ tỷ lệ lớn, đối tượng thể hiện dưới dạng vùng. Tuy nhiên trên bản
đồ tỷ lệ nhỏ, đối tượng này có thể thể hiện dưới dạng một điểm. Vì vậy, các đối tượng
điểm và vùng có thể được dùng phản ánh lẫn nhau.
b. Đối tượng đường
Đường được xác định như một tập hợp dãy của các điểm. Mô tả các đối tượng địa
lý dạng tuyến, có các đặc điểm sau:
- Là một dãy các cặp toạ độ
- Một arc bắt đầu và kết thúc bởi node
- Các cung nối với nhau và cắt nhau tại điểm
- Hình dạng của cung được định nghĩa bởi các điểm điểm
- Độ dài chính xác bằng các cặp toạ độ
18