DSpace at VNU: Nghiên cứu khả năng truy vấn mở rộng của PostgreSQL trên dữ liệu raster

1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN NGỌC DŨNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TRUY VẤN MỞ RỘNG
CỦA POSTGRESQL TRÊN DỮ LIỆU RASTER

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

HÀ NỘI, 2015


2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN NGỌC DŨNG

Ngành: Công nghệ Thông tin
Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và mạng máy tính
Mã số: 60.48.15

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. DƢƠNG LÊ MINH

HÀ NỘI, 2015

3

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................5
DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .....................................................................7
DANH MỤC HÌNH VẼ .................................................................................................8
DANH MỤC BẢNG BIỂU .........................................................................................10
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................................................11
1.1 Đặt vấn đề ..........................................................................................................11
1.2 Phạm vi và mục tiêu của luận văn ..................................................................12
1.3 Phƣơng pháp và bố cục nghiên cứu ................................................................12
CHƢƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ LUẬN ...............................................................................13
2.1 Lý thuyết về GIS ...............................................................................................13
2.1.1 Khái niệm, đặc tính .....................................................................................13
Khái niệm GIS ....................................................................................................13
Các đặc tính của hệ thống GIS ............................................................................14
Các chức năng của hệ thống GIS ........................................................................16
Các lĩnh vực liên quan đến GIS ..........................................................................16
Các phần mềm thao tác hỗ trợ GIS .....................................................................17
2.1.2 Cách thức biểu diễn (Vector, Raster), ƣu & nhƣợc điểm .......................17
Dữ liệu GIS .........................................................................................................17
Biễu diễn dạng mô hình cấu trúc Vector ............................................................18
Biểu diễn dạng mô hình cấu trúc Raster .............................................................19
So sánh hai mô hình cấu trúc Vector và mô hình cấu trúc Raster ......................20
2.1.3 Ảnh vệ tinh viễn thám và mối liên quan tới GIS .....................................21
Ảnh vệ tinh viễn thám .........................................................................................21
Ảnh vệ tinh LANDSAT ......................................................................................22
Hệ thống tham chiếu không gian (Spatial Reference System – SRS) ................23

Ứng dụng của ảnh vệ tinh LANDSAT ...............................................................24
2.2 PostGIS Raster..................................................................................................24
2.2.1 Sơ lƣợc, khái quát về PostgreSQL ............................................................24


4

2.2.2 Giới thiệu về PostGIS Raster, các đặc trƣng............................................25
2.2.3 Phƣơng thức thu thập, lƣu trữ, biểu diễn thông tin ................................26
2.2.4 Cách thức nhập/xuất và xử lý dữ liệu trong Postgis ................................29
Nhập/xuất dữ liệu ...................................................................................................29
Các hàm cơ bản đƣợc sử dụng trong PostGIS ....................................................30
2.3 Dữ liệu ảnh Raster và PostGIS........................................................................32
2.4 Chuyển đổi dữ liệu ảnh giữa Raster và Vector..............................................33
CHƢƠNG 3 : XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ ẢNH VỆ TINH VIỄN
THÁM ...........................................................................................................................35
3.1 Phân tích ............................................................................................................38
3.2 Thiết kế ..............................................................................................................40
3.3 Xây dựng ...........................................................................................................40
3.4 Các bƣớc giải quyết bài toán ...........................................................................41
3.5 Kết quả thực nghiệm ........................................................................................44
3.6 Các yếu tố gây ảnh hƣởng đến kết quả bài toán............................................49
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN .................................................................52
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................53


5

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu khả năng truy vấn mở rộng của

PostgreSQL trên dữ liệu Raster” là công tronhf nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả được trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực. Tôi đã trích dẫn đầy đủ
các tài liệu tham khảo, công trình nghiên cứu liên quan. Ngoại trừ các tài liệu tham
khảo này, luận văn hoàn toàn là nghiên cứu của riêng tôi.
Luận văn được hoàn thành trong thời gian tôi là học viên tại Khoa Công nghệ
thông tin, trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội

Hà Nội, ngày

tháng

năm 2015

Ngƣời thực hiện

Nguyễn Ngọc Dũng


6

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành của mình đến TS.Dương Lê Minh,
PGS.TS.Nguyễn Hải Châu, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, chỉ bảo để em có
thể hoàn thành được tốt luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong khoa Công nghệ thông tin
– Đại học Công Nghệ – Đại học Quốc Gia Hà Nội đã tận tình giảng dạy, truyền đạt
kiến thức cho em cùng với những kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học trên
ghế nhà trường.
Con xin tỏ lòng biết ơn kính trọng đến bố mẹ, những người đã sinh thành và nuôi
dưỡng con khôn lớn như ngày hôm nay, cảm ơn những tình cảm và những lời động

viên cho con trong suốt quá trình học tập của mình. Xin cảm ơn các anh chị trong gia
đình đã hỗ trợ, động viên và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và trưởng thành.
Cuối cùng xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè, anh chị em đồng nghiệp, những người
luôn bên cạnh tôi, động viên và giúp đỡ để tôi có quyết tâm hoàn thiện luận văn tốt
nghiệp cũng như những mong muốn của mình.


7

GIS
CGIS
LIS
LRIS
PMIS
ILWIS
ESRI
UTM
EPS
WMF
AI
CDR
DXF
SVG
PLT
DPI
BMP
PCX
TIFF
JPEG
GIF

PNG
PSD
CPT
BIL
BSQ
BIP
SRID
ACID
GNU

DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Geographic Information Systems
Canadian Geographic Information Systems
Land Information Systems
Land Resources Information Systems
Port Management Information System
Integrated Land and Water Information System
Environmental System Research Institude
Universal Transverse Marcator
Encapsulated PostScript
Windows Metafile
Adobe Illustrator
CorelDraw
Drawing eXchange Format
Scalable Vector Graphics
Hewlett Packard Graphics Language Plot File
dots per inch
Windows Bitmap
Paintbrush
Tag Interleave Format

Joint Photographics Expert Group
Graphics Interchange Format
Portable Network Graphic
Adobe PhotoShop
Corel PhotoPAINT
Band Interleaved by Lines
Band Sequential
Band Interleaved by Pixel
Spatial Reference Identifier
Atomicity, Consitency, Isolation & Durability
General Public Lisence


8

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2.1 – Hình ảnh mang thông tin địa lý ...................................................................13
Hình 2.2 – Các hình thức biểu diễn thông tin GIS ........................................................15
Hình 2.3 – Các lớp biểu diễn đối tượng dữ liệu GIS .....................................................18
Hình 2.4 – Biểu diễn đối tượng theo cấu trúc Vector và Raster....................................20
Hình 2.5 - Ảnh bề mặt trái đất chụp từ vệ tinh ..............................................................21
Hình 2.6 – Các dạng lưu trữ dữ liệu ảnh vệ tinh viễn thám ..........................................22
Hình 2.7 – Ảnh vệ tinh LANDSAT...............................................................................22
Hình 2.8 – Phương pháp quét dữ liệu ảnh .....................................................................27
Hình 2.9 – Phương pháp số hóa ảnh ..............................................................................27
Hình 2.10 – Phương pháp Vector hóa ảnh ....................................................................28
Hình 2.11 – Lưu trữ dữ liệu trong PostGIS ...................................................................28
Hình 2.12 – Thông tin chứa trong Raster table .............................................................29
Hình 2.13 – Công cụ PgAdmin .....................................................................................30
Hình 2.14 – Kích thước cell ..........................................................................................33

Hình 2.15 – Chuyển dữ liệu Raster - Vector .................................................................34
Hình 2.16 – Chuyển dữ liệu Vector - Raster .................................................................34
Hình 3.1 - Giao diện website earthexplorer.usgs.gov ...................................................36
Hình 3.2 – Các ảnh LANDSAT đã chụp trong khu vực xác định .................................36
Hình 3.3 – Thông số của ảnh LANDSAT .....................................................................37
Hình 3.4 – Giao diện website gadm.org ........................................................................38
Hình 3.5 – Ảnh vệ tinh LANDSAT chứa dữ liệu..........................................................39
Hình 3.6 – Thuật toán xử lý bài toán cắt ảnh ................................................................41
Hình 3.7 – Hình ảnh vệ tinh LANDSAT chụp khu vực Hà Nội ...................................44
Hình 3.8 – Ảnh địa giới hành chính Hà Nội ..................................................................44
Hình 3.9 – Kết quả sau khi thực hiện truy vấn ..............................................................45
Hình 3.10 – Kết quả cắt ảnh trên phần mềm .................................................................45
Hình 3.11 – Thời gian thực hiện truy vấn kích cỡ ảnh 1024x1024px ...........................46
Hình 3.12 – Thời gian thực hiện truy vấn kích cỡ ảnh 256x256px ...............................46
Hình 3.13 – Thời gian thực hiện truy vấn kích cỡ ảnh 64x64px ...................................47
Hình 3.14 – Thời gian thực hiện truy vấn kích cỡ ảnh 32x32px ...................................47
Hình 3.15 – Đồ thị thời gian trung bình thực hiện truy vấn ..........................................48


9

Hình 3.16 – Phép chiếu UTM........................................................................................49
Hình 3.17 – Tham số cắt ảnh 128x128px ......................................................................50
Hình 3.18 – Tham số cắt ảnh 32x32px ..........................................................................50
Hình 3.19 – Tham số cắt ảnh 16x16px ..........................................................................51
Hình 3.20 – Tham số cắt ảnh 8x8px ..............................................................................51


10

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 – Thông số ảnh LANDSAT-TM .............................................................. 23
Bảng 2.2 – Thông số ảnh LANDSAT-ETM ............................................................ 23
Bảng 2.3 – Các hệ tham chiếu ................................................................................. 23
Bảng 3.1 – Thời gian trung bình thực hiện truy vấn................................................ 47


53

TÀI LIỆU THAM KHẢO
TÀI LIỆU TIẾNG ANH
1. Joseph Collins - Unruh, Understand Raster, 2006
2. Mohsin siddique, Application of remote sensing and geographical information
system.
3. Regina O.Obe and Leo H.Su, Postgis in Action, Manning Publications. Co, 2011.
4. Postgis Project Team, Postgis 2.2.1dev Manual.
5. J.T Coppock and D.W Rhind, Geographic Information Systems, First Edition, 1991.
TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT
6. Trung tâm Viễn thám và công nghệ thông tin (RiTC), Tài liệu tập huấn QGIS cơ
bản, 2014.
7. Nguyễn Kim Lợi, Lê Cảnh Định, Trần Thống Nhất, Hệ thống thông tin địa lý nâng
cao, 2009.
TÀI LIỆU THAM KHẢO INTERNET
8. />9. />10. />11. />12. />13. />14. />15. />16. />df.