NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG ỨNG DỤNG WEBGIS DỰA TRÊN MÃ NGUỒN MỞ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGUYỄN THỊ HỒNG VÂN

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG ỨNG DỤNG WEBGIS
DỰA TRÊN MÃ NGUỒN MỞ

Hà Nội – Năm 2015


TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGUYỄN THỊ HỒNG VÂN

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG ỨNG DỤNG WEBGIS
DỰA TRÊN MÃ NGUỒN MỞ

Chuyên ngành: Công nghệ thông tin
Mã ngành:
NGƯỜI HƯỚNG DẪN : THS. VŨ VĂN HUÂN

Hà Nội – Năm 2015


LỜI CAM ĐOAN
Em tên là: Nguyễn Thị Hồng Vân, sinh viên lớp DH1C2 – Khoa Công nghệ
thông tin - Trường Đại học Tài Nguyên và Môi Trường Hà Nội.
Em xin cam đoan toàn bộ nội dung của đồ án do em tự học tập, nghiên cứu
trên Internet, sách và các tài liệu trong và ngoài nước có liên quan. Không sao chép

hay sử dụng bài làm của bất kỳ ai khác, mọi tài liệu đều được trích dẫn cụ thể.
Em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời cam đoan của mình trước Quý
Thầy Cô, Khoa và Nhà trường.
Hà Nội, ngày … tháng … năm 2015
Người cam đoan
Nguyễn Thị Hồng Vân

i


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN................................................................................................i
MỤC LỤC..........................................................................................................ii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT............................................................................iv
DANH MỤC CÁC BẢNG.................................................................................v
DANH MỤC HÌNH ẢNH.................................................................................vi
LỜI CÁM ƠN.....................................................................................................1
MỞ ĐẦU.............................................................................................................2
1.Lý do chọn đề tài..........................................................................................2
2.Nội dung nghiên cứu....................................................................................5
3.Phương pháp nghiên cứu..............................................................................5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIS.......................................7
VÀ WEBGIS......................................................................................................7
1.1Giới thiệu công nghệ GIS...........................................................................7
1.2WebGIS - công nghệ GIS qua mạng........................................................17
1.3Giải pháp mã nguồn đóng và mã nguồn mở............................................24
CHƯƠNG 1 : XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU................................................30
1.4Hiện trạng nhu cầu thông tin....................................................................30
1.5Thiết kế.....................................................................................................31
1.6Hệ quản trị CSDL PostgreSQL................................................................34

Bảng 2.1 - Table (layer) hành chính ................................................................38
Bảng 2.2 - Table (layer) Khu dự trữ sinh quyển..............................................38
Bảng 2.3 - Table (layer) Khu khai thác dầu khí...............................................39
Bảng 2.4 - Table (layer) Vùng quản lý tích cực...............................................39
Bảng 2.5 - Table (layer) Quản lý thông thường:..............................................39
CHƯƠNG 2 : XÂY DỰNG ỨNG DỤNG WEBGIS......................................40
1.7Giới thiệu về hệ thống..............................................................................40
1.8Máy chủ GeoServer..................................................................................40
1.9Openlayers................................................................................................51
1.10Xây dựng giao diện.................................................................................58

ii


KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.......................................................62
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................63
PHỤ LỤC..........................................................................................................63

iii


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
GIS
LAN
GML

Tiếng Anh
Geographic Information System
Local Area Network

Geographic Markup Language

Tiếng Việt
Hệ thống thông tin đại lý
Mạng cục bộ
Ngôn ngữ đánh dấu địa lý

WMS
WFS
WCS
SLD
KML
SOAP
SVG
CSDL

Web Map Service
Web Feature Service
Web Coverage Service
Styled Layer Descriptor
Keyhole Markup Language
Simple Object Access Protocol
Scalable Vector Graphics

Dịch vụ cung cấp bản đồ
Dịch vụ tính năng Web
Dịch vụ bảo đảm Web
Mô tả kiểu lớp
Ngôn ngữ Đánh dấu Keyhole
Giao thức truy cập đối tượng đơn giản

Chuẩn đồ họa Vector
Cơ sở dữ liệu

iv


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1 - Table (layer) hành chính .................................................................38
Bảng 2.2 - Table (layer) Khu dự trữ sinh quyển...............................................38
Bảng 2.3 - Table (layer) Khu khai thác dầu khí................................................39
Bảng 2.4 - Table (layer) Vùng quản lý tích cực................................................39
Bảng 2.5 - Table (layer) Quản lý thông thường:...............................................39

v


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình a - Bản đồ định hướng quy hoạch tổng thể biển đảo khu vực CĐ - PQ....3
Hình b - Google Map...........................................................................................4
..............................................................................................................................8
Hình 1.1 - Mô phỏng hệ thống thông tin địa lý..............................................8
Hình 1.2 - Mô phỏng các thành phần cơ bản trong GIS.....................................8
Hình 1.3 - Các hợp phần thiết yếu cho công nghệ GIS......................................9
Hình 1.4 - Bảng số hóa (Digitizer)....................................................................10
Hình 1.5 - Máy quét (Scanner)..........................................................................11
Hình 1.6 - Máy in...............................................................................................11
Hình 1.7 - Máy vẽ..............................................................................................12
Hình 1.8 - Các bước xử lý trong ứng dụng WebGIS........................................19
Hình 1.9 - Các dạng yêu cầu từ phía client.......................................................20
Hình 1.10 - Mô hình WebGIS Server................................................................21

Hình 1.11 - Mô hình WeebGIS Client..............................................................22
Hình 1.12 - Mô hình tương tác giữa WebGIS Server và WebGIS Client........23
Hình 1.13 - Phân tích dữ liệu phía Client..........................................................23
Hình 1.14 - Cơ chế hiển thị và chồng xếp dữ liệu............................................24
Hình 1.15 - Kiến trúc phần mềm mã nguồn mở...............................................26
Hình 1.16 - Kiến trúc của GeoServer................................................................28
Hình 1.17 – GeoServer......................................................................................29
Hình 2.1 - Bản đồ định hướng quy hoạch tổng thể biển đảo khu vực CĐ - PQ
.....................................................................................................................................30
Hình 2.2 - Sơ đồ kiến trúc GIS..........................................................................31
Hình 2.3 - Một số lớp trong ArcMap................................................................32
Hình 2.4 - Xây dựng dữ liệu cho lớp hành chính..............................................33
Hình 2.5 - Xây dựng dữ liệu cho lớp khai thác dầu khí....................................33
Hình 2.6 - Xây dựng dữ liệu cho lớp khu dự trữ sinh quyển............................34
Hình 2.7 - Kết nối vào Hệ quản trị CSDL Postgres..........................................35
Hình 2.8 - Các hàm truy xuất dữ liệu không gian.............................................36
Hình 2.9 - Tạo CSDL có tên postgis trong Postgres.........................................37
Hình 2.10 -Tạo CSDL có tên postgis trong Postgres........................................37
vi


Hình 2.11 - Sau khi import các Shapefile vào..................................................38
Hình 3.1 - Mô hình hoạt động của GeoServer..................................................41
Hình 3.2 - Các chuẩn OGC dùng trong GeoServer...........................................42
Hình 3.3 - Lược đồ WMS..................................................................................42
Hình 3.4 - GetMap request trong WMS............................................................43
Hình 3.5 - Các định dạng dữ liệu raster thành chuẩn OGC (WMS).................43
Hình 3.6 - Lược đồ WFS...................................................................................44
Hình 3.7 - Vai trò Web Coverage Service........................................................44
Hình 3.8 - Cấu hình Data của Layer trong GeoServer......................................45

Hình 3.9 - Cấu hình Publishing của Layer trong GeoServer............................46
Hình 3.10 - Sơ đồ hoạt động của Openlayer.....................................................52
Hình 3.11 - Hiển thị Layer hành chính lên trình duyệt web.............................55
Hình 3.12 - Giao diện WebGIS với layer Khu dự trữ sinh quyển....................58
Hình 3.13 - Giao diện WebGIS với layer Khu khai thác dầu khí.....................58
Hình 3.14 - Giao diện WebGIS với layer Khu quản lý tích cực.......................59
Hình 3.15 - Giao diện WebGIS với layer Khu quản lý thông thường..............59
Hình 3.16 - Giao diện Login..............................................................................60
Hình 3.17 - Giao diện trang quản lý khu dự trữ sinh quyển.............................60
Hình 3.18 - Giao diện trang thêm thông tin thuộc tính.....................................61
Hình 3.19 - Giao diện trang sửa thông tin thuộc tính.......................................61

vii


LỜI CÁM ƠN
Trong suốt thời gian học tập tại trường Đại học Tài nguyên và Môi trường
Hà Nội em đã được các thầy cô chỉ bảo tận tình. Không chỉ là những kiến thức
chuyên môn, chuyên ngành, đó còn là những chia sẻ, những kinh nghiệm, kỹ năng
sống. Tất cả những điều đó thực sự là những hành trang quý báu, làm nền tảng để
em có thể đương đầu với những thử thách, khó khăn khi bước vào một môi trường
mới đầy cạnh tranh ngoài xã hội.
Em xin cám ơn thầy cô, những người đã tận tình truyền đạt cho em những tri
thức, kinh nghiệm quý báu của mình. Em xin gửi lời cảm ơn đến những thầy cô
trong Khoa Công nghệ Thông tin và trong Trung tâm Công nghệ Thông tin.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Văn Huân, thầy Trần Cảnh Dương người
đã tạo điều kiện, tận tình hướng dẫn, đóng góp ý kiến và chỉ bảo em trong suốt quá
trình thực hiện đề tài.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới thầy Trần Ngọc Huân – Khoa Tài nguyên
Nước đã hỗ trợ em các vấn đề kỹ thuật liên quan đến GIS, giúp em có thể hoàn

thiện kiến thức GIS.
Mặc dù đã rất cố gắng nhưng không thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình
thực hiện. Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Hồng Vân

1


MỞ ĐẦU
1.

Lý do chọn đề tài
Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một hệ thống thông tin đặc biệt với cơ sở

dữ liệu gồm những đối tượng, những hoạt động hay những sự kiện phân bố trong
không gian được biểu diễn như những điểm, đường, vùng trong hệ thống máy tính.
GIS xử lý, truy vấn dữ liệu theo điểm, đường, vùng phục vụ cho những hỏi đáp và
phân tích đặc biệt.
Như vậy, GIS là hệ thống thích hợp nhất để cung cấp thông tin tổng quan về
hiện trạng cơ sở hạ tầng được triển khai mang tính không gian địa lý. Đặc biệt là
trong việc quy hoạch quản lý và sử dụng hợp lý không gian biển, GIS sẽ mang đến
cho cán bộ quản lý những thông tin toàn diện về hiện trạng gắn với vị trí địa lý.
Trong khi đó, bằng các phương pháp khác như bảng biểu, đồ thị, sơ đồ hoặc bản đồ
giấy để quản lý quy hoạch không gian biển thì sẽ gặp nhiều hạn chế khác nhau
trong việc cập nhật, thống kê báo cáo thông tin. Điều này đặt vấn đề làm thế nào để
đưa bản đồ và thông tin thuộc tính lên web để lưu trữ và hiển thị thông tin một cách
dễ dàng.

Công nghệ web và hệ thống thông tin địa lý ngày càng phát triển đòi hỏi việc
xem bản đồ trên Internet được chú trọng. Sự kết hợp giữa công nghệ web và hệ
thống thông tin địa lý tạo thành WebGIS đáp ứng yêu cầu trên.
WebGIS trong thời gian gần đây phát triển mạnh mẽ và theo xu hướng phổ
biến, không chỉ hiển thị được dạng thông tin thuần túy mà nó còn hiển thị thông tin
không gian hữu ích cho người sử dụng.
Quy hoạch không gian biển là quy hoạch quản lý và sử dụng hợp lý không
gian biển hướng tới phát triển bền vững kinh tế biển, đạt hiệu quả kinh tế - xã hội
cao nhất theo quy hoạch phát triển. Về cấu trúc không gian, không gian biển bao
gồm dải ven biển (nơi có hoạt động của con người tác động trực tiếp tới tài nguyên
và môi trường biển, nhưng đồng thời chịu tác động của các quá trình biển), biển và
hệ thống đảo gây khó khăn trong việc tìm kiếm và tra cứu các thông tin quy
hoạch, hành chính.

2


Với đề tài “Nghiên cứu và xây dựng ứng dụng WebGIS dựa trên mã nguồn
mở”, em đã xây dựng trang WebGIS sử dụng bản đồ định hướng quy hoạch tổng
thể khu vực biển đảo để đưa bản đồ lên Web với 1 số chức năng cơ bản.

Hình a - Bản đồ định hướng quy hoạch tổng thể biển đảo khu vực CĐ - PQ
Hạn chế của bản đồ trên:
Chỉ là một tấm ảnh tĩnh, mang tính chất đại khái.
Không gian chật hẹp, khó thể hiện hết các địa điểm cần thiết cho người
xem. Nhưng nếu làm tấm ảnh lớn thì người xem rất khó quan sát.
WebGIS được phát triển từ những hạn chế và nhu cầu thực tế nói trên. Với
WebGIS người dùng có thể tìm kiếm địa điểm, xem thông tin một cách dễ dàng,
tiện lợi.
Các tính năng, tiện ích mà WebGIS mang lại là rất lớn:

3


Tính năng cơ bản của bản đồ số cần phải có: phóng to, thu nhỏ, kéo thả,
…
Giới thiệu thông tin các địa điểm như: tên, diện tích,…
Giao diện thân thiện, dễ sử dụng, ...
Một số trang Bản đồ số quen thuộc và thông dụng:
Google Maps:
Bing Map: />Vietbando: />Diadiem: />
Hình b - Google Map
4


2.

Nội dung nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu xây dựng một hệ thống WebGIS sử dụng các

công cụ mã nguồn mở. Trong đó WebGIS server sử dụng GeoServer. Phía client
dùng để tương tác với bản đồ dùng OpenLayers. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu không
gian sử dụng PostgreSQL + PostGIS. WebGIS server tương tác với cơ sở dữ liệu
không gian lấy về dữ liệu không gian sau đó cung cấp các dịch vụ bản đồ.
WebGIS client cho phép hiển thị bản đồ và thao tác trên bản đồ thông qua
các dịch vụ mà WebGIS server cung cấp. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu không gian quản
lý dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính của các đối tượng cần quản lý.
Xây dựng tập các công cụ hỗ trợ quản lý và khai thác bản đồ:
 Hiển thị bản đồ
 Tương tác bản đồ
 Xem thông tin các đối tượng trên bản đồ

3. Phương pháp nghiên cứu
a. Tìm hiểu về hệ thống thông tin địa lý GIS. Các vấn đề cần quan tâm:
•
•
•
•

GIS và chuẩn OpenGIS.
Hệ quản trị CSDL không gian hổ trợ GIS (PostgreSQL + PostGIS).
Phần mềm phía server cho WebGIS (GeoServer).
Phần mềm phía client (OpenLayers).

b. Cài đặt chương trình
Sử dụng các công cụ và phần mềm sau:
• MapInfo Professional 11.0 dùng cho việc số hóa bản đồ.
• PostgreSQL 9.1 - Hệ quản trị CSDL quan hệ nguồn mở.
• PostGIS 2.0 for PostgreSQL 9.1 - Plugin bổ sung khả năng quản lý dữ liệu
không gian cho PortgreSQL 9.1.
• GeoServer - Phần mềm máy chủ nguồn mở viết bằng Java cho phép người
dùng chia sẻ và chỉnh sửa dữ liệu không gian địa lý.
• OpenLayers - Một thư viện JavaScript thuần dùng để hiển thị dữ liệu bản
đồ trong hầu hết các trình duyệt web hiện đại và không phụ thuộc phía máy chủ.
• Adobe Dreamweaver: Hỗ trợ viết code, thiết kế giao diện.

5


6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIS
VÀ WEBGIS
1.1 Giới thiệu công nghệ GIS
Hệ thống thông tin địa lý (Geographical Information System) gọi tắt là GIS
được hình thành vào những năm 1960 và phát triển rộng rãi trong 10 năm lại đây.
Ngày nay GIS là công cụ trợ giúp quyết định trong nhiều hoạt động kinh tế, xã hội,
quốc phòng của nhiều quốc gia trên thế giới, đánh giá được hiện trạng của các quá
trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua các chức năng thu thập, quản
lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các dữ liệu địa lý đầu vào.
0.1.1 Định nghĩa GIS
Hiện nay có rất nhiều định nghĩa về GIS nhưng tất cả đều có điểm giống
nhau như: bao hàm khái niệm về dữ liệu không gian, phân biệt giữa hệ thông tin
quản lý và GIS. Về khía cạnh bản đồ học thì GIS là kết hợp của lập bản đồ trợ giúp
máy tính và công nghệ cơ sở dữ liệu. So với bản đồ thì GIS có lợi thế là lưu trữ dữ
liệu và biểu diễn chúng thành hai công việc tách biệt nhau. Do vậy GIS cho khả
năng quan sát dữ liệu từ nhiều góc độ.
GIS là một hệ thông tin có khả năng thu thập, cập nhật, phân tích và quản trị,
biểu diễn dữ liệu địa lý phục vụ giải quyết các bài toán ứng dụng có liên quan đến
vị trí địa lý trên bề mặt trái đất hoặc được định nghĩa như là một hệ thông tin với
khả năng truy nhập, tìm kiếm, phân tích, xử lý và truy xuất dữ liệu địa lý nhằm hỗ
trợ cho công tác quản lý, quy hoạch và quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi
trường.
Theo Viện nghiên cứu Hệ thống Môi trường ESRI, Mỹ: thì GIS là công
cụ trên cở sở máy tính để lập bản đồ và phân tích những cái đang tồn tại và các sự
kiện xảy ra trên Trái đất. Công nghệ GIS tích hợp các thao tác CSDL như truy vấn
và phân tích thống kê với lợi thế quan sát và phân tích thống kê trên bản đồ. Các
khả năng này giúp phân biệt với các hệ thông tin khác.
Theo David Cowenm NCGIA, 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 hóa và

hiển thị dữ liệu quy chiếu không gian để giải quyết các vấn đề quản lý và lập kế
hoạch phức tạp.
7


Độ phức tạp của thế giới thực vốn không giới hạn, càng quan sát thế giới gần
hơn thì càng thấy được chi tiết hơn, phức tạp hơn và dữ liệu lưu trữ sẽ tiến dần về
vô hạn. Do vậy, để lưu trữ được dữ liệu không gian thế giới thực vào máy tính thì
phải giảm số lượng dữ liệu là bằng cách đơn giản hóa hay trừu tượng hóa.

Hình 1.1 - Mô phỏng hệ thống thông tin địa lý
Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông thường (như cấu
trúc hỏi đáp) và cho phép phân tích thống kê, phân tích địa lý, phân tích các sự kiện,
dự đoán tác động và hoạch định chiến lược. Những khả năng này là sự phân biệt
của GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS có phạm vi ứng rộng
trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
0.1.2 Các thành phần cơ bản trong GIS
GIS bao gồm các thành phần sau: phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu, con
người và phương thức tổ chức.

Hình 1.2 - Mô phỏng các thành phần cơ bản trong GIS
8


a. Phần cứng
Phần cứng bao gồm máy vi tính (computer), máy vẽ (plotters), máy in
(printer), bàn số hoá (digitizer), thiết bị quét ảnh (scanners), các phương tiện lưu trữ
số liệu (Floppy diskettes, optical cartridges, C.D ROM v.v...).

Hình 1.3 - Các hợp phần thiết yếu cho công nghệ GIS

 Bộ xử lý trung tâm (CPU)
Bộ xử lý trung tâm hay còn gọi là CPU, là phần cứng quan trọng nhất của
máy vi tính. CPU không những thực hành tính toán trên dữ liệu, mà còn điều khiển
sắp đặt phần cứng khác mà nó thì cần thiết cho việc quản lý thông tin theo sau
thông qua hệ thống. Mặc dù bộ vi xử lý hiện đại rất nhỏ chỉ khoảng 5mm 2 - nó có
khả năng thực hiện hàng ngàn, hoặc ngay cả hàng triệu thông tin trong một giây
(the Cyber 250 “máy vi tính siêu hạng”) có thể thực hiện 200 triệu thông tin trên
giây...
 Bộ nhớ trong (RAM)
Tất cả máy vi tính có một bộ nhớ trong mà chức năng như là “không gian
làm việc” cho chương trình và dữ liệu. Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên (RAM) này có
khả năng giữ 1 giới hạn số lượng dữ liệu ở một số hạng thời gian (ví dụ, hệ điều
hành MS -DOS mẫu có 640Kb ở RAM ). Điều này có nghĩa nó sẽ ít có khả năng
thực hiện điều hành phức tạp trên bộ dữ liệu lớn trong hệ điều hành.
 Bộ sắp xếp và lưu trữ ngoài (diskette, harddisk, CD-ROM)
Băng có từ tính được giữ không những trong cuộn băng lớn (giống trong
cuộn băng máy hát đĩa) mà còn trong cuộn băng nhỏ (giống như cuốn băng được
9


dùng trong máy hát nhạc). Thuận lợi của dây băng có từ tính là nó có thể lưu trữ
một số lượng lớn dữ liệu (ví dụ toàn bộ Landsat MSS đòi hỏi 8MB của khả năng
lưu trữ trên một băng). Sự gia tăng khả năng lưu trữ thực hiện bằng các đĩa có từ
tính. Các đĩa cứng với khả năng lưu trữ rất lớn (được sử dụng trên PCs phổ biến 20
hoặc 30Mb) mà còn ở các đĩa mềm với khả năng giới hạn (2.25 inch, với 360Kb
hoặc 1.2 Mb hay 3.5inch với 720Kb hoặc 1.4Mb). Đĩa cứng thông thường được sử
dụng cho lưu trữ tạm thời mà thông qua quá trình xử lý, sau khi dữ liệu được gán
trong đĩa floppy hoặc dây băng có từ tính.
 Các bộ phận dùng để nhập dữ liệu (INPUT DEVICES)
- Digitizer

Bảng số hoá bản đồ bao gồm 1 bảng hoặc bàn viết, mà bản đồ được trải rộng
ra, và 1 cursor có ý nghĩa của các đường thẳng và các điểm trên bản đồ được định
vị. Trong toàn bộ bàn số hoá (digitizer) việc tổ chức được ghi bởi phương pháp của
một cột lưới tốt đã gắn vào trong bảng. Dây tóc của cursor phát ra do sự đẩy của từ
tính điện mà nó được tìm thấy bởi cột lưới sắt và được chuyển giao đến máy vi tính
như một cặp tương xứng (mm trên 1 bảng XY hệ thống tương hợp). Hầu như các
cursor được vừa vặn với 4 hoặc nhiều nút cho việc chuyển các tín hiệu đặc biệt cho
việc điều khiển chương trình, ví dụ để chỉ ra điểm cuối của đường thẳng. Các bảng
số hoá (digitizer) hiện nay có kích thước thay đổi từ bảng nhỏ 27cmx27cm đến
bảng lớn 1mx1.5m.

Hình 1.4 - Bảng số hóa (Digitizer)
10


- Scanner
Máy ghi scanner sẽ chuyển các thông tin trên bản đồ tương xứng 1 cách tự
động dưới dạng hệ thống raster. Một cách luân phiên nhau, bản đồ có thể được trải
rộng ra trên bàn mà đầu scanning di chuyển trong 1 loạt đường thẳng song song
nhau. Các đường quét (scan) phải được vector hoá trước khi chúng được đưa vào hệ
thống cơ sở dữ liệu vector.

Hình 1.5 - Máy quét (Scanner)
-

Các bộ phận để in ấn (OUTPUT DEVICES)

+ Máy in (printer)
Là bộ phận dùng để in ấn các thông tin, bản đồ, dưới nhiều kích thước khác
nhau tuỳ theo yêu cầu của người sử dụng, thông thường máy in có khổ từ A3 đến

A4. Máy in có thể là máy màu hoặc trắng đen, hoặc là máy in phun mực, Laser,
hoặc máy in kim.

Hình 1.6 - Máy in
+ Máy vẽ (plotter)
Đối với những yêu cầu cần thiết phải in các bản đồ có kích thước lớn, thường
máy in không đáp ứng được mà ta phải dùng đến máy Plotter (máy vẽ). Máy vẽ
thường có kích thước của khổ A1 hoặc A0.
11


Hình 1.7 - Máy vẽ
b. 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 (Data input): 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 (Geographic database): Lưu trữ và quản
lý cơ sở dữ liệu đề cập đến phương pháp kết nối thông tin vị trí (topology) và thông
tin thuộc tính (attributes) 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 (Display and reporting): 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 (MAP),
bảng biểu (TABLE), biểu đồ, lưu đồ (FIGURE) được thể hiện trên máy tính, máy
in, máy vẽ, ...
- Biến đổi dữ liệu (Data transformation): 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.
12


- Tương tác với người dùng (Query input): 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, …
• Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý và quản lý các thông tin địa lý: ERMAPPER, 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.

c. Cơ sở dữ liệu
Số liệu được sử dụng trong GIS không chỉ là số liệu địa lý (geo-referenced
data) riêng rẽ mà còn phải được thiết kế trong một cơ sở dữ liệu (database). Những
thông tin địa lý có nghĩa là sẽ bao gồm các dữ kiện về (1) vị trí địa lý, (2) thuộc tính
(attributes) của thông tin, (3) mối liên hệ không gian (spatial relationships) của các
thông tin, và (4) thời gian. Có 2 dạng số liệu được sử dụng trong kỹ thuật GIS là:

13

- 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 Vector: được trình bày dưới dạng điểm, đường và diện tích, mỗi
dạng có liên quan đến 1 số liệu thuộc tính được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu.
• Số liệu Raster: được trình bày dưới dạng lưới ô vuông hay ô chữ nhật đều
nhau, giá trị được ấn định cho mỗi ô sẽ chỉ định giá trị của thuộc tính. Số liệu của
ảnh Vệ tinh và số liệu bản đồ được quét (scanned map) là các loại số liệu Raster.
- Dữ liệu thuộc tính (Attribute): 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 (Spatial analyses) 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 (digitizing) bằng bàn số hoá (digitizer), hoặc thông qua việc sử dụng máy quét
ảnh (Scanner).
d. Con người
Đây là một trong những hợp phần quan trọng của công nghệ GIS, đòi hỏi
những chuyên viên hướng dẫn sử dụng hệ thống để thực hiện các chức năng phân
tích và xử lý các số liệu. Đòi hỏi phải thông thạo về việc lựa chọn các công cụ GIS
để sử dụng, có kiến thức về các số liệu đang được sử dụng và thông hiểu các tiến
trình đang và sẽ thực hiện.
e. Phương thức tổ chức
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.

14


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. Hệ thống
GIS cần được điều hành bởi 1 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. 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) Phần cứng, (2) Phần mềm, (3) Con người và (4)
Cơ sở dữ 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.
0.1.3 Chức năng và ứng dụng của GIS
a. Chức năng của GIS
 Thu thập dữ liệu
Thu thập dữ liệu là quá trình thu nhận dữ liệu theo khuôn mẫu áp dụng được
cho GIS. Mức độ đơn giản nhất của thu thập dữ liệu là chuyển đổi khuôn mẫu dữ
liệu có sẵn từ bên ngoài. Trong trường hợp này GIS phải có mô đun chương trình
hiểu được các khuôn mẫu dữ liệu chuẩn như DLG (Digital Line Graphs), DXF

(Drawing Exchange Format) hay các dữ liệu đầu ra của GIS như Mapinfor, Arc
Info, MapObject... GIS còn phải có khả năng nhập các ảnh bản đồ trong khuôn mẫu

15


GIF, JPEG... Trên thực tế nhiều kĩ thuật trắc đặc được áp dụng để thu thập dữ liệu
như qua vệ tinh, máy bay, số hóa những bản đồ giấy...
Phần lớn dữ liệu không gian là các bản đồ giấy, GIS phải số hóa chúng mới
sử dụng được, trình tự số hóa bao gồm:
• Mã hóa dữ liệu: là tiến trình gắn thuộc tính của đặc trưng vào toàn bộ đối
tượng hình học trên bản đồ, chúng có thể là điểm, đường, vùng... công việc này
thường được thực hiên qua nhập bàn phím.
• Kiểm chứng và sửa lỗi là so sánh hình vẽ từ dữ liệu số hóa với tài liệu
nguồn. Phải đảm bảo mọi đặc trưng trên bản đồ được số hóa với độ chính xác cần
thiết.
Nhìn chung công việc thu thập dữ liệu là nhiệm vụ khó khăn và nặng nề nhất
trong quá tình xây dựng một ứng dụng GIS.
 Xử lý dữ liệu
Hai khía cạnh chính của xử lý dữ liệu thô bao gồm:
• Phát sinh dữ liệu có cấu trúc tôpô.
• Với dữ liệu ảnh vệ tinh thì phải phân lớp các đặc trưng trong ảnh thành
các hiện tượng quan tâm.
 Lưu trữ và quản lý dữ liệu
Chức năng lưu trữ dữ liệu trong GIS liên quan đến tạo lập CSDL không gian.
Thông thường dữ liệu thuộc tính của GIS trên cơ sở đối tượng được lưu trong bảng,
chúng chứa chỉ danh duy nhất, tương ứng với đối tượng không gian, kèm theo rất
nhiều mục dữ liệu thuộc tính khác nhau. Chỉ danh đối tượng không gian duy nhất
được dùng để liên kết giữa dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian tương ứng. Đôi
khi mục dữ liệu trong bảng thuộc tính bao gồm cả giá trị không gian như độ dài

đường, diện tích vùng mà chúng đã được dẫn xuất từ biểu diễn dữ liệu hình học.
 Phân tích cơ sở dữ liệu
Đây là chức năng đóng vai trò rất quan trọng trong GIS. Nó tạo nên sức
mạnh thực sự của GIS so với các phương pháp khác. Tìm kiếm và phân tích dữ liệu
không gian giúp tìm ra những đối tượng đồ hoạ theo các điều kiện đặt ra hay hỗ trợ
việc ra quyết định của người dùng GIS. Có rất nhiều các phương pháp tìm kiếm và
16