Nghiên cứu GIS trên nền tảng điện toán đám mây và ứng dụng

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

SINH VIÊN: NGUYỄN THANH PHƯỢNG

NGHIÊN CỨU GIS TRÊN NỀN TẢNG
ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY VÀ ỨNG DỤNG

Hà Nội - 2015


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

SINH VIÊN: NGUYỄN THANH PHƯỢNG

NGHIÊN CỨU GIS TRÊN NỀN TẢNG
ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY VÀ ỨNG DỤNG

Chuyên ngành

: Công nghệ thông tin

Người hướng dẫn

: PGS.TS. Lê Trung Thành

Hà Nội – 2015


LỜI CAM ĐOAN

Em tên Nguyễn Thanh Phượng, là sinh viên đại học Tài nguyên & Môi
trường Hà Nội. Em xin cam đoan:
+ Nội dung nghiên cứu trong khóa luận này hoàn toàn do em thực hiện
+ Các đoạn trích dẫn, hình ảnh và số liệu sử dụng trong khóa luận đều có độ
chính xác cao nhất trong phạm vi hiểu biết của em.
Em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về kết quả nghiên cứu trong khóa luận tốt
nghiệp của mình.
Sinh viên
Nguyễn Thanh Phượng

i


LỜI CẢM ƠN
Khóa luận là bước đi cuối cùng trong suốt hành trình bốn năm học tập tại
trường Đại học Tài nguyên & Môi trường Hà Nội. Một mặt là yêu cầu, nhưng đây
cũng là giai đoạn hết sức ý nghĩa trong việc giúp sinh viên ứng dụng những kiến
thức thu nhận được để xây dựng sản phẩm cho riêng mình.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS. TS Lê Trung Thành – người đã
tận tình chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận này.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo khoa Công nghệ thông tin
của trường Đại học Tài nguyên & Môi trường Hà Nội đã truyền đạt kiến thức các
môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết
vững vàng không chỉ trong quá trình nghiên cứu khóa luận mà còn là hành trang
quý báu để em bước vào đời một cách tự tin.
Cuối cùng, em xin chúc thầy, cô dồi dào sức khỏe và thành công trong sự
nghiệp cao quý của mình!
Hà Nội, ngày 15 tháng 04 năm 2015
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thanh Phượng

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................I
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... II
MỤC LỤC................................................................................................................III
DANH MỤC HÌNH ẢNH........................................................................................ V
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT................................................................................ VII
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN..................................................................................... 3
1.1. Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý – GIS .......................................... 3
1.1.1. Hệ thống thông tin ..........................................................................3
1.1.2. Hệ thống thông tin địa lý – GIS ......................................................5
1.2. Công nghệ điện toán đám mây................................................................ 29
1.2.1. Khái niệm......................................................................................30
1.2.2. Yếu tố công nghệ của Điện toán đám mây ...................................31
1.2.3. Quá trình phát triển của điện toán đám mây.................................32
1.2.4. Kiến trúc của Điện toán đám mây ................................................36
1.2.5. Các dịch vụ cơ bản của Điện toán đám mây.................................38
1.2.6. Các mô hình triển khai..................................................................42
1.2.7. Đặc trưng và lợi ích của điện toán đám mây ................................47
1.2.8. Tình hình ứng dụng điện toán đám mây .......................................49
CHƯƠNG 2: GIS TRÊN NỀN TẢNG ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY ..................... 50
2.1. GIS trên nền tảng điện toán đám mây..................................................... 50
2.1.1. Phân loại GIS ................................................................................50
2.1.2. Định nghĩa GIS trên nền tảng điện toán đám mây........................51
2.1.3. Hệ thống GIS trên nền tảng điện toán đám mây hiện nay ............52
2.1.4. Lý do lựa chọn GIS trên nền điện toán đám mây .........................53

2.2. Mô hình triển khai GIS trên nền điện toán đám mây.............................. 54
2.2.1. GIS trên nền đám mây công cộng.................................................55
2.2.2. GIS trên nền đám mây riêng .........................................................56
iii


2.2.3. GIS trên nền đám mây hỗn hợp ....................................................57
2.3. Ứng dụng GIS chạy trên nền điện toán đám mây................................... 59
CHƯƠNG 3: TRIỂN KHAI TRÊN NỀN ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY ................ 73
3.1. ArcGIS online .........................................................................................73
3.2. ArcGIS trên Amazon EC2 ......................................................................87
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN ...................................................................................... 95
4.1. Kết luận ...................................................................................................95
4.2. Hướng phát triển .....................................................................................96
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 97

iv


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Các thành phần của hệ thống thông tin địa lý
Hình 1.2: Sơ đồ một hệ phần cứng GIS
Hình 1.3: Các nhóm chức năng trong GIS
Hình 1.4: Định dạng dữ liệu vector và raster
Hình 1.5: Hệ tọa độ phẳng biểu diễn dữ liệu vector
Hình 1.6: Biểu diễn thực thể không gian bằng tọa độ trong mô hình vector
Hình 1.7: Điểm ảnh và giá trị của điểm ảnh
Hình 1.8: Minh họa dữ liệu raster có độ phân giải khác nhau
Hình 1.9: Chồng ghép các lớp dữ liệu không gian
Hình 1.10: Chồng ghép đa giác

Hình 1.11: Sự kết hợp ô – ô trong phép chồng ghép raster
Hình 1.12: Quan hệ tọa độ địa lý trực quan
Hình 1.13: Mặt cầu và mặt elipsoit
Hình 1.14: Mặt phẳng hệ tọa độ quy chiếu
Hình 1.15: Những mốc quan trọng của quá trình hình thành điện toán đám mây
Hình 1.16: Mô hình điện toán lưới
Hình 1.17: Kiến trúc của điện toán đám mây
Hình 1.18: Các dịch vụ cơ bản của điện toán đám mây
Hình 1.19: Mô hình dịch vụ IaaS
Hình 1.20:Mô hình dịch vụ PaaS
Hình 1.21: Mô hình dịch vụ SaaS
Hình 1.22: Mô hình đám mây riêng
Hình 1.23: Mô hình đám mây cộng đồng
v


Hình 1.24: Mô hình đám mây công cộng
Hình 1.25: Mô hình đám mây hỗn hợp
Hình 2.1: Hiện tượng “thắt cổ chai” trong hệ thống mạng
Hình 2.2: Mô hình GIS trên nền đám mây công cộng
Hình 2.3: Mô hình GIS trên nền đám mây riêng
Hình 2.4: Mô hình GIS trên nền đám mây hỗn hợp
Hình 2.5: Thành phần của hệ thống điện toán đám mây
Hình 2.6: Mô hình Amazon Web Services
Hình 2.7: Thành phần của Amazon Web Services
Hình 2.8: Mô hình các thành phần cấu thành của ArcGIS online
Hình 2.9: Mô hình hoạt động của ArcGIS Server trên Amazon EC2

vi

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
GIS

ESRI
LAN
SDTS
AWS

Diễn giải
Geographical Information
System

Viện nghiên cứu hệ thống môi

Research Institute

trường

Local Area Network

Mạng nội bộ

Spatial Data Transfer
Standard
Amazon Web Services

Infrastructure as a Service

PaaS

Platform as a Service

SaaS

Software as a Service

VM

Chuẩn dữ liệu không gian
Dịch vụ cung cấp bởi Amazon
Tên gọi máy ảo trên AWS

IaaS

API

Hệ thống thông tin địa lý

Environmental Systems

Instance

NIST

Ý nghĩa

Là môi trường điện toán đám mây
cung cấp hạ tầng như là dịch vụ

Là môi trường điện toán đám mây
dưới dạng engine
Là môi trường điện toán đám mây
cung cấp phần mềm như dịch vụ

National Institute of

Viện tiêu chuẩn và kỹ thuật quốc

Standards and Technology

gia (Hoa Kỳ)

Application Programming
Interface
Virtual Machine

Giao diện lập trình ứng dụng
Máy ảo

vii


LỜI MỞ ĐẦU
Trong vài năm gần đây, công nghệ thông tin (IT) đã bắt đầu có một hình mẫu
mới và điện toán đám mây được dự đoán sẽ là “cơn sóng thần công nghệ”. Điện
toán đám mây là một cách khác để cung cấp các tài nguyên máy tính, chứ không
phải một công nghệ mới, nhưng nó đã châm ngòi cho một cuộc cách mạng trong
cách cung cấp thông tin và dịch vụ của các tổ chức. Trên thực tế, điện toán đám
mây là một giải pháp toàn diện cung cấp công nghệ thông tin như một dịch vụ; đó là

một giải pháp điện toán dựa trên Internet ở đó cung cấp tài nguyên chia sẻ giống
như dòng điện được phân phối trên lưới điện. Các máy tính trong đám mây được
cấu hình để làm việc cùng nhau và các ứng dụng khác nhau sử dụng sức mạnh điện
toán tập hợp cứ như thể là chúng đang chạy trên một hệ thống duy nhất.
Tính linh hoạt của điện toán đám mây là một chức năng phân phát tài nguyên
theo yêu cầu. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng các tài nguyên tích
lũy của hệ thống. Trước điện toán đám mây, các trang web và các ứng dụng dựa
trên máy chủ được thi hành trên một hệ thống cụ thể. Với sự ra đời của điện toán
đám mây, các tài nguyên được sử dụng như một máy tính gộp ảo, cấu hình hợp nhất
này cung cấp một môi trường ở đó các ứng dụng thực hiện một cách độc lập mà
không quan tâm đến bất kỳ cấu hình cụ thể nào.
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, GIS (Geographical
Information System) đã trở nên phổ biến hơn và ảnh hưởng tới hầu như toàn bộ mọi
mặt đời sống xã hội. Hệ thống thông tin địa lý – GIS được hình thành vào những
năm 1960 và phát triển rất rộng rãi trong 10 năm trở lại đây. Ngày nay, GIS là công
cụ trợ giúp quyết định nhiều hoạt động kinh tế - xã hội, quốc phòng của nhiều quốc
gia trên thế giới. GIS có khả năng trợ giúp các cơ quan chính phủ, các nhà quản lý,
các doanh nghiệp, cá nhân,…đánh giá được hiện trạng của các quá trình, các thực
thể tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua các chức năng thu thập, quản lý, truy vấn,
phân tích và tích hợp các thông tin được gắn với một nền hình học (bản đồ) nhất
quán trên cơ sở tọa độ của các dữ liệu đầu vào.
1


Tuy nhiên, GIS đang phải đối mặt với rất nhiều thách thức, trong đó có hai
vấn đề cần sự quan tâm đặc biệt trong việc phát triển ứng dụng GIS, đó là:
1. Thu nhận dữ liệu - mất nhiều thời gian
2. Phần mềm và phần cứng để chạy ứng dụng GIS, khá đắt đỏ và yêu cầu
trình độ kiến thức chuyên sâu để cài đặt và sử dụng.
Quá trình tìm kiếm, thu thập, lưu trữ và biên tập trước khi xử lý dữ liệu mất

rất nhiều thời gian và tốn nhiều chi phí. Cùng với đó, phân tích dữ liệu không gian
cũng yêu cầu có những phần mềm đắt tiền và các hệ thống máy tính, điều đó thực
sự không cần thiết đối với những người dùng không chuyên trong việc để có được
hàng gigabyte dữ liệu mà tiêu tốn hàng nghìn đô-la cho những phần mềm chuyên
dụng. Và hướng đi nào để giải quyết hai vấn đề nêu trên?
Thật may mắn rằng, sự phát triển của điện toán đám mây đã đem đến cho
chúng ta một giải pháp trong việc lưu trữ khối dữ liệu lớn và cung cấp dịch vụ điện
toán mạnh mẽ trên hạ tầng điện toán đám mây.
Chính từ những yếu tố trên, em đã có ý tưởng triển khai đề tài: “Nghiên cứu
GIS trên nền tảng điện toán đám mây và ứng dụng” nhằm kết hợp được những ưu
điểm hiện có của công nghệ điện toán đám mây để giải quyết vấn đề xử lý dữ liệu
GIS một cách linh hoạt.
Mục đích của đồ án là tìm hiểu rõ hơn về GIS trên nền điện toán đám mây
cũng như ứng dụng của nó. Từ đó nhận ra tầm quan trọng ứng dụng GIS trong đời
sống hiện đại với kỹ thuật ngày càng phát triển mạnh mẽ.

2