Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GIS của ESRI và mô hình dữ liệu DAN VAND trong lĩnh vực cấp nước sạch
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.97 MB, 131 trang )
1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
NGUYỄN VIỆT HÙNG
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ
GIS CỦA ESRI VÀ MÔ HÌNH DỮ LIỆU
DAN-VAND TRONG LĨNH VỰC CẤP
NƯỚC SẠCH
Ngành: Công nghệ thông tin
Chuyên ngành: Hệ thống thông tin
Mã số: 60 48 05
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN HẢI CHÂU
Hà Nội- 2009
8
MỤC LỤC
LỜI CAM
ĐOAN .......................
LỜI CẢM ƠN.............................................................................................................
MỞ ĐẦU
....................................
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH CẤP NƢỚC ..........................................
1.1Vai trò và tầm quan trọng của việc quản lý cấp nƣớc
1.2Các hệ thống quản lý cấp nƣớc..................................
CHƢƠNG 2: MÔ HÌNH CƠ SỞ DỮ LIỆU DAN-VAND VÀ PHƢƠNG PHÁP PHÂN
TÍCH THIẾT KẾ HƢ
2.1Mô hình cơ sở dữ liệu DAN-VAND ..........................
2.2Mô hình hƣớng đối tƣợng đối với cơ sở dữ liệu GIS
2.2.1Giới thiệu ..................
2.2.2Mô hình cho hệ thống
2.2.3Cơ chế trừu tƣợng hƣ
2.2.4Mô hình hóa trực quan
2.2.5Tổng kết.....................
CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG GIS SỬ DỤNG ARCGIS TRÊN MÔ HÌNH
DỮ LIỆU DAN-VAND
3.1Đặt vấn đề ..................................................................
3.2Khái niệm về đô thị và quá trình quy hoạch phát triển
3.3Sự cần thiết khi ứng dụng công nghệ GIS trong công
3.4Mô tả ứng dụng ..........................................................
3.4.1Đăng ký đƣờng ống tr
3.4.2Mục tiêu của Hệ thống
3.4.3Những yêu cầu chung
3.4.4Yêu cầu về xây dựng c
3.4.5Yêu cầu về ứng dụng
3.4.6Bố trí nhân lực, tiến độ
3.4.7Yêu cầu về chức năng
3.5Kết quả thực hiện đƣợc .............................................
3.6Kết quả thực tế dự án WDMS áp dụng phân hệ Đăng
3.7Định hƣớng phát triển của sản phẩm tại Việt Nam ...
CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..............................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................
9
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Những kết quả và các số
liệu trong khoá luận chƣa đƣợc ai công bố dƣới bất cứ hình thức nào. Tôi hoàn
toàn chịu trách nhiệm trƣớc nhà trƣờng về sự cam đoan này!
Hà nội, ngày ... tháng ... năm 2009
Tác giả
Nguyễn Việt Hùng
10
LỜI CẢM ƠN
Luâṇ văn này đƣợc hoàn thành ngoài nỗlƣcc̣ hết sƣƣ́c của bản thân , trong quá
trình làm việc tôi đã nhận đƣợc sự hƣớng dẫn , giúp đỡ tận tình của các thầy cô
tại khoa Công nghê T
c̣ hông tin, Đại học Công Nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội
Xin chân thành gƣƣ̉i lời cảm ơn tới các thầy cô g iáo khoa Công nghệ Thông tin
, Trƣờng đại học Công Nghệ, đăcc̣ biêṭlàthầy giáo, Tiến si ̃ Nguyêñ Hải Châu,
ngƣời trƣcc̣ tiếp hƣớng dâñ tôi.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ban giám đốc công ty VIDAGIS – nơi tôi
đang công tác, đặc biệt là Phó Tổng Giám đốc, Thạc sỹ Lê Phƣớc Thành, đã tạo
điều kiện tốt nhất về thời gian, cơ sở vật chất, kiến thức, chuyên gia trợ giúp trong
quá trình thực hiện dự án, đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong thời gian tôi thực hiện đề
tài này.
Xin gƣƣ̉i lời cám ơn tới cha m ẹ, bạn bè, đồng nghiêpc̣ vànhƣ ̃ng ngƣời thân đa ̃
giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian qua.
Luận văn thạc sĩ này đƣợc thực hiện trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu mang
mã số QG.09.27, Đại học Quốc gia Hà Nội.
11
MỞ ĐẦU
Hiêṇ nay viêcc̣ ƣƣ́ng dungc̣ vàtriển khai các ứng dụng GIS vào trong quản lý để
phục vụ cho đời sống xã hội đã và đang phát triển rất nhanh, điển hình là trong các
lĩnh vực Giao thông liên lạc, Y Tế, Giáo dục, Lam Nghiệp, Nông nghiệp, Điện lực,
Tài nguyên Môi trƣờng, và đặc biệt là trong việc quản lý mạng lƣới cấp nƣớc
sạch.
Mục đích của đề tài là trình bày lại những kiến thức cơ bản đã đƣợc áp dụng
để xây dựng thành công dự án phát triển phần mềm "Quản lý cấp nƣớc sạch" đang
đƣợc sử dụng tại thành phố Seremban, Malaysia, nhằm tìm ra một hƣớng giải
pháp để có thể mở rộng, khai thác năng lực của dự án để có thể áp dụng đƣợc rộng
rãi ở nhiều nơi, nhất là ở Việt Nam.
Luâṇ văn gồm 4 chƣơng với bốcucc̣ nhƣ sau:
Chƣơng 1: Tổng quan vềmô hình cấp nƣớc
Trình bày về vai trò và tầm quan trọng của việc quản lý cấp nƣớc và một số
mô hình cấp nƣớc..
Chƣơng 2: Trình bày chi tiết về mô hình cơ sở dữ liệu cấp nƣớc DAN-VAND
và phƣơng pháp phân tích thiết kế hƣớng đối tƣợng áp dụng
Chƣơng 3: Trình bày chi tiết mô tả hệ thống phần mềm quản lý mạng lƣới cấp
nƣớc sạch, sử dụng GIS trong việc đăng ký đƣờng ống. Trình bày kết quả thực
tiễn thực hiện dự án, và định hƣớng phát triển mở rộng
Chƣơng 4: Kết luận và kiến nghị
12
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH CẤP NƢỚC
1.1 Vai trò và tầm quan trọng của việc quản lý cấp nƣớc
Nƣớc sạch và sử dụng nƣớc sạch là nhu cầu thiết yếu của con ngƣời, kể cả
trong xã hội nguyên thủy đến xã hội hiện đại nhƣ ngày nay.
Thử hình dung trong cuộc sống hàng ngày chúng ta bị thiếu nƣớc sạch để sinh
hoạt thì điều gì sẽ sảy ra?
Nƣớc sạch có thể đƣợc khai thác bằng các hình thức khác nhau, nhƣ giếng
đào, giếng khoan, nƣớc mƣa...nhƣng ngày nay con ngƣời đã xây dựng đƣợc một
mô hình mạng lƣới cấp nƣớc chung phục vụ cho một phạm vi địa bàn rộng lớn,
và từ một nguồn khai thác, nƣớc đƣợc xử lý để đảm bảo vệ sinh đủ tiêu chuẩn để
đƣa đến nới tiêu thụ.
Trong cuộc sống của đô thị hiện đại, thì việc thiết kế và xây dựng một hệ thống
quản lý cấp nƣớc cần phải đáp ứng đƣợc các yêu cầu về sự phát triển tăng lên một
cách nhanh chóng của dân cƣ và hệ thống cơ sở hạ tầng để làm sao trong một
khoảng thời gian 40 đến 50 năm sau, hệ thống vẫn có thể đáp ứng đƣợc một cách
tối đa khả năng cung cấp nƣớc sạch và không bị ảnh hƣởng bới sự thay đổi của
kết cấu cơ sở hạ tầng.
Để làm đƣợc điều đó thì trƣớc hết cần phải có sự trợ giúp đắc lực của công
nghệ. Ngày nay công nghệ có thể làm thay đổi cả thế giới, có vai trò quan trọng
trong việc hoạch định các chính sách của hệ thống chính quyền.
Một đô thị hiện tại đƣợc đánh giá là văn minh thì một trong các tiêu chí để
đánh giá là đô thị đó phải có hệ thống phân phối nƣớc sạch tốt, đáp ứng đƣợc nhu
cầu sinh hoạt của ngƣời dân và phục vụ cho các lĩnh vực khác, hệ thống nƣớc
sạch có vai trò rất quan trọng đối với các lĩnh vực của đời sống văn hóa xã hội của
ngƣời dân, thể hiện những nỗ lực trong quản lý của các cấp chính quyền.
Để làm đƣợc việc đó thì cần phải có một bộ máy chuyên trách đảm nhiệm việc
quản lý hệ thống cấp nƣớc, đảm bảo duy trì hệ thống hoạt động từ việc lắp đặt hệ
thống bơm dẫn, tích trữ, xây lắp mạng lƣới dẫn nƣớc, các điểm xử lý...và đƣa nƣớc
sạch vào các hộ dân, quản lý hệ thống hóa đơn, đồng hồ, duy tu, bảo dƣỡng hệ thống,
quản lý tài sản... Tất cả những công đoạn đó đƣợc gọi là quản lý cấp nƣớc.
Ở Thụy Điển, nƣớc và các dịch vụ công cộng theo quy định đƣợc quản lý bởi
các đô thị. Khi các công trình cấp nƣớc đô thị bắt đầu đƣợc xây dựng vào cuối thế
kỷ 19, nó thể hiện sự quyết tâm và cam kết của chính quyền thành phố. Ngay cả
các cộng đồng nhỏ ở các vùng nông thôn cũng đều có các công trình cấp nƣớc
công cộng của chính họ. Chỉ các công ty công nghiệp lớn đƣợc cấp phép khai thác
nƣớc mặt hoặc nƣớc ngầm cho các công trình cấp nƣớc riêng của họ.
13
Trong những năm 90 của thế kỷ trƣớc, có hơn 2 nghìn công trình cấp nƣớc và
67 nghìn km đƣờng ống cấp nƣớc của các thành phố, cung cấp cho 7,7 triệu
ngƣời tiêu dùng hay 90% dân số với nƣớc sạch chất lƣợng cao. Lƣợng nƣớc tiêu
thụ cao nhất vào cuối những năm 1960, khi có tới 800 triệu mét khối nƣớc đã
đƣợc sử dụng hàng năm. Việc rò rỉ trong hệ thống đƣờng ống đƣợc ƣớc tính bằng
khoảng 20%. Ngày nay lƣợng nƣớc tiêu thụ vào khoảng 730 triệu mét khối, tính
ra mỗi gia đình tiêu thụ khoảng 200 lít/ ngƣời/ngày.
Theo thống kê, năm 2004 trên thế giới có khoảng 3,5 tỉ ngƣời đang sử dụng
nƣớc sạch từ các vòi nƣớc hay nguồn nƣớc công cộng của các nhà máy cấp nƣớc.
1,3 tỉ ngƣời sử dụng nƣớc từ các nguồn giếng khoan, giếng đào. Một tỉ ngƣời sử
dụng nƣớc từ các nguồn thiên nhiên nhƣ sông, suối, ao hồ [9].
Những thống kê trên chỉ ra cho thấy, việc quản lý cấp nƣớc có vai trò rất quan
trọng trong đời sống văn hóa xã hội trong cuộc sống đô thị hiện đại.
1.2 Các hệ thống quản lý cấp nƣớc
Hệ thống quản lý cấp nƣớc là một hệ thống trợ giúp cho con ngƣời để quản lý
trong lĩnh vực cấp nƣớc sinh hoạt, đƣợc tự động hóa nhằm làm giảm tối đa sức
lao động bằng chân tay, và các thao tác thủ công nhƣng vẫn thực hiện đƣợc đầy
đủ các chức năng nghiệp vụ trong hệ thống cấp nƣớc.
Các hoạt động trong việc quản lý cấp nƣớc gồm có:
-
Đảm bảo chất lƣợng nƣớc đƣợc xử lý
-
Thiết kế mạng lƣới đƣờng ống cấp nƣớc và các thành phần đƣợc lắp đặt
và phân tích nhu cầu sử dụng trong hệ thống
-
Quản lý lƣu lƣợng và áp lực cho mạng lƣới đƣờng ống
-
Phát hiện và xử lý kịp thời các điểm rò rỉ
-
Chống thất thoát trong hệ thống
-
Quản lý hệ thống đồng hồ, hóa đơn
-
Thay thế, bảo dƣỡng hệ thống mạng lƣới đƣờng ống
Sau đây là một số hệ thống quản lý cấp nƣớc hiện có trên thị trƣờng:
Hệ thống WATSYS. [17]
Hệ thống WATSYS đƣợc cơ quan bảo vệ môi trƣờng Hoa Kỳ phát triển, với
hạt nhân cơ bản là EPANET
WATSYS sẽ giúp ngƣời dùng phân tích, thiết kế và quản lý hệ thống cấp nƣớc.
Đó là một hệ thống thông tin đồ họa (GIS) cho các cơ sở hạ tầng nƣớc.
Phần mềm này mô phỏng các tình huống để xác định và sửa chữa thiếu sót
trong một hệ thống phân phối hiện có, mở rộng hệ thống để đáp ứng nhu cầu trong
tƣơng lai, hoặc để dự đoán năng suất của hệ thống trong trƣờng hợp khẩn cấp
nhƣ trục trặc máy bơm, sự hỏng hóc, trang thiết bị trục trặc hoặc cháy nổ. Nó có
thể
14
đƣợc sử dụng để mô phỏng ở thời gian cao điểm và thời điểm sử dụng thấp.
WATSYS cũng có thể thực hiện phân tích chất lƣợng nƣớc bao gồm việc phân rã
clo, phân phối florua, tìm nguồn nƣớc và đo tuổi của nƣớc. Các mô hình để thấy
rõ hơn về sự chuyển động và biến đổi của nƣớc đã đƣợc xử lý.
Các thành phần của hệ thống này bao gồm:
1.
Kết nối đến phần mềm AutoCAD
Các phiên bản AutoCAD R14.01, 2000, 2002, 2004
WATSYS chạy độc lập, nhƣng nếu kết hợp với phần mềm AutoCAD các phiên
bản R14.01, 2000, 2002, 2004 thì có thể kết nối với nhau để làm việc. WATSYS sẽ
hiện lên một thanh công cụ để ngƣời sử dụng có thể chọn, hoặc xác định vị trí chỉnh
sửa các thành phần trong hệ thống cấp nƣớc. Các sơ đồ chính đƣợc tạo ra từ các bản
vẽ đƣợc tô bằng các mã màu cho các lớp đối tƣợng chồng xếp.
Hình 1.1: Giao diện phần mềm WATSYS được mở trong phần mềm AutoCAD
Trên thanh công cụ này, ngƣời sử dụng có thể:
-
Thêm các điểm nối (Nodes), các đƣờng ống (Pipes), sửa hoặc xem dữ
liệu của mình
-
Xác định vị trí các điểm nối và đƣờng ống trên các bảng biểu hoặc trên
"Key-plans" bằng cách lựa chọn chúng trên bản đồ
-
Tạo các bản đồ chuyên đề với các thông tin bên trong nhƣ: Chèn các dòng
văn bản, tô màu các đối tƣợng, đặt kích thƣớc và biểu tƣợng các đối tƣợng,
các tiều đề, mô tả ngƣời sử dụng...sơ đồ dòng chảy đƣợc gán nhãn
15
trên các đƣờng ống, các điểm nối, áp suất đƣờng ống, đƣờng kính đƣờng
ống, dòng chảy, sự giảm /mất mát và vận tốc dòng chảy.
-
Đặt biểu tƣợng cho các đối tƣợng Điểm nối, các đƣờng ống có các điểm
nối mà van đóng, van đang kiểm tra, hay van điều khiển, máy bơm và hồ
chứa...
2. Làm việc trên các sơ đồ
-
Chọn vào vị trí của các điểm nối hay các đƣờng ống để hiển thị thông tin
hoặc sửa đổi thông tin của đối tƣợng đó trên các bảng biểu hay sơ đồ
hoặc các bản vẽ AutoCAD
-
Dựa vào các ô nhãn hiện lên trên màn hình để hiện thông tin do ngƣời
dùng chọn khi di chuột lên các điểm nối hoặc đƣờng ống.
-
Nháy đúp chuột lên các điểm nối hoặc đƣờng ống để sửa đổi thông tin
thuộc tính cho đối tƣợng
-
Có khả năng phóng to/thu nhỏ, sao chép, lƣu, in sơ đồ
-
Chèn các dòng văn bản hay chú giải lên sơ đồ
-
Các đƣờng ống thể hiện bán kính của từng đối tƣợng tƣơng ứng
-
Màu sắc của các đƣờng ống thể hiện các thông tin chính của ngƣời dùng
-
Có thể xem đƣợc các biểu đồ thời gian nếu nháy chuột lên các điểm nối
hay đƣờng ống
-
Có thể nhìn thấy đƣợc áp lực đƣờng ống, vận tốc, chất lƣợng nƣớc, tuổi
nƣớc bằng sự biến đổi màu sắc trên các đƣờng ống
Hình 1.2: Bản đồ chuyên đề trên phần mềm WATSYS
3. Mô hình cấp nước trong hệ thống WATSYS
Dễ dàng chuyển đổi giữa phƣơng pháp phân tích khoảng thời gian và các
phƣơng pháp phân tích khác:
o
Trạng thái ổn định
16
Mở rộng khoảng thời
gian o Chất lƣợng nƣớc:
o
o Nơi tập trung hóa chất
o Tuổi của nƣớc
o Lƣu vết của nguồn cấp nƣớc
o Các trạm bơm cung cấp nƣớc
o Các hồ chứa nhƣ thùng hoặc các mức thủy lực cố định
o Điều khiển Valve theo các mức hoặc theo dòng chảy
o
o
Mở và đóng đƣờng ống bằng cách sử dụng thiết bị chuyển mạch
Tình trạng đƣờng ống bao gồm các trạng thái: Mở-Open, Đóng Closed, hoặc Valve kiểm tra (check valve)
Tìm kiếm hoặc sắp xếp các điểm nối và đƣờng ống, chọn để in
ấn o Tạo độ dài đƣờng ống từ hệ thống tọa độ
o
o
Kích thƣớc đƣờng ống phân cách tỷ lệ với hệ số gồ ghề của đƣờng
ống
o
Điều chỉnh hệ số gồ ghề với kích thƣớc ống, chất liệu đƣờng ống,
tuổi, vận tốc dòng chảy
Hình 1.3: Hiển thị thông tin đối tượng
Với mô hình nhƣ vậy, việc phân tích dòng chảy và ghi lại sự thay đổi của dòng
chảy theo thời gian của WATSYS đƣợc thể hiện nhƣ hình dƣới đây:
17
Hình 1.4: Biểu đồ thời gian
4.
Quản lý kho đường ống
Phục vụ cho công tác duy tu bảo dƣỡng hệ thống, ghi chép các mã màu sẽ giúp
ngƣời quản lý có thể ƣu tiên hóa công việc. Công việc bao gồm:
Ngày kiểm tra và ngày lắp
đặt o Ghi chú kiểm tra
o
o
Các điều kiện
o Loại nguyên vật liệu
o …
18
Nhƣ vậy với những mô tả nhƣ ở trên, thì có thể nhận thấy là trong hệ thống
WATSYS đã ra đời từ rất sớm, và có một số đặc điểm sau:
o
Không sử dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) để lƣu trữ và quản lý
dữ liệu, chỉ sử dụng các bản vẽ ở các định dạng AutoCAD – là công
cụ để làm các bản vẽ thiết kế làm “nền" để thực hiện các phép phân
tích dữ liệu và xử lý số liệu
o
Do không sử dụng hệ thông tin địa lý, nên không có cơ sở dữ liệu
GIS về các đối tƣợng trong hệ thống phân phối nƣớc. Mô hình cấp
nƣớc đƣợc mô tả không có thiết kế chi tiết các bảng dữ liệu, không
chỉ ra đƣợc mối quan hệ giữa các đối tƣợng trên bản đồ
o
Hệ thống chuyên sâu về phân tích mức độ tiêu thụ, nhu cầu sử dụng
(Demand) và tính toán đo áp lực đƣờng ống, từ đó hiển thị thành các
sơ đồ và biểu đồ.
o
Hệ thống chƣa đề cập đƣợc các giải pháp để chống rò rỉ, kênh thông
tin khách hàng, chƣa cho phép tạo các bản vẽ thiết kế trên bản đồ,
và đặc biệt không thể hỗ trợ chức năng phân tích không gian trên
bản đồ để phục vụ cho mục đích cấp nƣớc.
Hệ thống quản lý phân phối nƣớc sạch WDMS do VIDAGIS phát
triển
Mục tiêu của hệ thống WDMS:
Mục tiêu chính của hệ thống WDMS là quản lý việc phân phối nƣớc sạch,
trong đó chủ yếu là chống rò rỉ, và sử dụng hạt nhân là mô hình dữ liệu DANVAND
Các chức năng chính trong hệ thống bao gồm các module sau:
-
Pipe Registration - Đăng ký đƣờng ống
-
Leakage Auditing – Theo dõi và kiểm soát sự thất thoát nƣớc
-
Pressure Management – Quản lý áp lực đƣờng ống
-
Meter and Billing management – Quản lý hóa đơn và đồng hồ
-
Burst management – Quản lý các điểm rò rỉ
-
Customer Service – Dịch vụ thông tin phản hồi của khách hàng
-
Rehabilitation Planning – Kế hoạch bảo trì, bảo dƣỡng, nâng cấp
-
Report management – Các báo cáo phục vụ cho việc quản lý và theo dõi
hệ thống
-
Administrator – Quản lý ngƣời sử dụng và ngôn ngữ, an toàn CSDL
-
Calculation Service - Tính toán số liệu tổng hợp cho toàn hệ thống.
Hệ thống WDMS do VidaGIS phát triển dựa trên các thành phần sau:
19
-
Mô hình cấp nƣớc: Trong WDMS, mô hình cấp nƣớc sử dụng hoàn toàn
mô hình DAN-VAND, sẽ đƣợc mô tả chi tiết trong chƣơng 2 của luận
văn này
-
Cơ sở dữ liệu của WDMS là CSDL GIS, sử dụng phần mềm ArcGIS của
hãng ESRI (www.esri.com), tích hợp vào một hệ quản trị CSDL.
-
Hệ quản trị Cơ sở dữ liệu trong WDMS sử dụng HQTCSDL SQL Server
của hãng Microsoft
-
Nền tảng để phát triển: Trên ngôn ngữ C# và DotNet FrameWork của
Microsoft
Công nghệ nền tảng để phát triển phần mềm WDMS là sử dụng công nghệ GIS
của hãng ESRI, có tên là ArcGIS, sau đây là một số thông tin về công nghệ GIS
hiện nay đang có trên thị trƣờng:
1. Công nghệ MapInfo [24], [26]
MapInfo: là phần mềm bản đồ đang đƣợc sử dụng rất rộng rãi trên thị trƣờng
Việt Nam. Một điểm mạnh của MapInfo là khả năng hiển thị, giàn trang in rất tiện
lợi và đây là một trong những ƣu thế của MapInfo so với các phần mềm GIS khác.
Giải pháp desktop (ứng dụng độc lập) của MapInfo tƣơng đối nhỏ gọn nên
MapInfo đang đƣợc chiếm ƣu thế lớn ở Việt Nam, nhất là đối với những nơi tiếp
cận GIS sớm, quy mô nhỏ.
Ngoài các giải pháp Desktop , MapInfo còn có các giải pháp mạng, Web. Tuy
nhiên cũng nhƣ các giải pháp mạng và Web của các hãng khác hiện đang ít đƣợc
sử dụng trên thị trƣờng Việt Nam, vì trên thực tế thị trƣờng này cũng mới làm
quen với chúng.
Những đặc điểm chính của MapInfo gồm:
Chạy trên các hệ điều hành: UNIX, Windows.
Hỗ trợ các thiết bị: Bàn số, máy quét ảnh, chuột, các máy vẽ.
Các chức năng chính: Tạo vùng đệm, phân tích bản đồ, phân tích mạng.
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu: dBase, cơ sở dữ liệu bên trong.
Cấu trúc dữ liệu: Non-topological Vector, dữ liệu thuộc tính, dữ liệu bảng
biểu.
Đơn giản, dễ sử dụng.
Phù hợp với mô hình quy mô nhỏ.
Khả năng tạo lập bản đồ chuyên đề mạnh và phong phú (hơn hẳn các
phần mềm GIS khác).
Khả năng giàn trang in và in rất thuận lợi.
Khả năng giao tiếp với các phần mềm GIS khác tốt.
20
Cấu trúc định dạng file mở hỗ trợ cho việc phát triển các ứng dụng
chuyên sâu.
Khả năng xây dựng dữ liệu bản đồ số (khía cạnh số hóa bản đồ) yếu.
2.
Công nghệ ESRI [22]
ESRI-Environmental Systems Research Institute () là Viện
nghiên cứu môi trƣờng, ra đời năm 1969 ở Mỹ. Sản phẩm nổi tiếng của hãng là bộ
sản phẩm ArcGIS đang dần trở thành công cụ GIS đƣợc sử dụng nhiều nhất trên
thế giới bởi những tính năng rất mạnh của nó trong việc xử lý dữ liệu không gian.
Ra đời từ rất sớm nhƣng thực sự phải đến cuối những năm 90, sản phẩm
ArcGIS mới thực sự du nhập vào Việt Nam, mà hiện nay sản phẩm mới nhất của
nó là ArcGIS 9x ra đời vào cuối năm 2004.
Với những thế mạnh của nó nhƣ vậy, hiện nay ở Việt Nam, việc sử dụng và
khai thác những thế mạnh của ArcGIS đang đƣợc các bộ, ban, ngành, và các địa
phƣơng sử dụng rộng rãi cho mục đích phát triển kinh tế xã hội và nghiên cứu. Và
trong một tƣơng lai không xa, nó sẽ dẫn thay thế các sản phẩm về GIS khác
Đầu tiên, dữ liệu đƣợc biên soạn thành đối tƣợng ứng dụng, mất rất nhiều thời
gian cho công việc tạo cơ sở dữ liệu GIS và tri thức về địa lý. Dần dần, các chuyên
gia GIS đã bắt đầu sử dụng và khai thác những tập hợp tri thức có đƣợc trong
nhiều các ứng dụng GIS. Ngƣời sử dụng ứng dụng sáng kiến ra trạm làm việc GIS
để tạo ra các tập dữ liệu địa lý (geographic dataset), xây dựng luồng công việc cho
dữ liệu, biên dịch, quản lý chất lƣợng, bản quyền bản đồ và các mô hình phân tích
và các tài liệu liên quan. Đó là điều kiện để GIS sử dụng cùng với trạm làm việc
chuyên nghiệp để kết nối với dataset và database. Trạm làm việc bao gồm các ứng
dụng GIS, sự cải tiến các công cụ của GIS đã đƣợc sử dụng để hoàn thành hầu hết
các thao tác GIS.
Khái niệm của phần mềm GIS đã đƣợc chứng minh rộng rãi bởi các chuyên
gia GIS trong gần 200 nghìn tổ chức trên khắp thế giới. Ngoại trừ một vài ý tƣởng
của GIS trong mô hình máy tính hiện đại clien/server đã rất thành công thì càng
ngày tầm nhìn của GIS càng đƣợc mở rộng. Gần đây, sự phát triển của máy tính,
sự bùng nổ của Internet, tiến bộ của kỹ thuật DBMS, ngôn ngữ lập trình hƣớng
đối tƣợng, sự lan rộng của GIS đã làm mở rộng thêm tầm nhìn cho GIS. Trong
điều kiện GIS desktops, GIS software tập trung trong Application servers và Web
servers để phân phát GIS tới một số ngƣời sử dụng trên mạng.
Ngƣời sử dụng GIS kết nối tới trung tâm GIS chủ nhƣ Web browsers với thiết
bị máy tính di động, thiết bị số.
Sơ đồ dƣới sẽ chỉ ra các sản phẩm GIS trong dòng sản phẩm ArcGIS.
21
Hình 1.5:ArcGIS là hệ thống phần mềm GIS đầy đủ.
ArcGIS cung cấp trạm làm việc mở rộng đƣợc cho việc thực thi GIS cho một
hoặc nhiều ngƣời sử dụng trên PC, trên server hay Web. ArcGIS là tập hợp đồng
nhất của sản phẩm phần mềm GIS cho việc xây dựng GIS hoàn chỉnh. Nó bao
gồm một số frameworks cho việc triển khai GIS:
ArcGIS Desktop - là một bộ phận của chƣơng trình GIS chuyên nghiệp
ArcGIS Engine - Gắn các thành phần cho việc xây dựng các ứng dụng
GIS cho khách hàng.
Server GIS - ArcSDE®, ArcIMS®, ArcGIS Server
Mobile GIS - ArcPad® giống nhƣ ArcGIS Desktop and ArcGIS Engine
cho máy PC
ArcGIS là cơ sở cho ArcObjects™, thƣ viện modul chƣơng trình để chia sẻ
với thành phần của phần mềm GIS.
ArcObjects bao gồm các thành phần chƣơng trình mở rộng, các đối tƣợng nhỏ
nhƣ đối tƣợng hình học tới đối tƣợng lớn nhƣ đối tƣợng bản đồ cùng với tài liệu
ArcMap.
Mỗi sản phẩm ArcGIS cùng với ArcObject biểu diễn sự phát triển ứng dụng
phân mềm GIS bao gồm: desktop GIS (ArcGIS Desktop), embedded GIS (ArcGIS
Engine) và server GIS (ArcGIS Server).
22
Hình 1.6: Cấu trúc ArcObjects
ArcGISEngine:
GIS có thể lựa chọn thành phần ứng dụng để phân phát các hàm GIS tới một
vài nơi trong một tổ chức. Điều này cho phép truy cập tới các hàm của GIS bởi
một vài ngƣời, những ngƣời cần tính năng của ứng dụng GIS trong công việc
thƣờng ngày của họ. ArcGIS Engine cung cấp một dãy giao diện ngƣời sử dụng.
Ví dụ nhƣ: Map Control và Globe Control, chúng có thể đƣợc sử dụng để tƣơng
tác với bản đồ. Cùng với ArcGIS Engine, ngƣời phát triển có thể xây dựng các
hàm GIS sử dụng C++, Component Object Model (COM), .NET, or Java. Ngƣời
phát triển có thể xây dựng các ứng dụng cùng với ArcGIS Engine hoặc gắn vào
GIS những ứng dụng đã tồn tại nhƣ Microsoft® Word hoặc Excel.
Hình 1.7: Sử dụng ArcGIS Engine gắn vào GIS trong ứng dụng
ArcGIS Engine là ví dụ về môi trƣờng lập trình ứng dụng cho ArcObjects.
ArcGIS Engine Developer Kit là sản phẩm riêng biệt cung cấp chuỗi các biểu đồ
23
thành phần ArcGIS sử dụng bên ngoài ArcGIS Desktop trong môi trƣờng ứng
dụng Framework. Sử dụng ArcGIS Engine Developer Kit phát triển xây dựng
khung nhìn GIS cùng với giao diện để truy nhập các chức năng của GIS hoặc có
thể gắn vào GIS các ứng dụng đã có để triển khai GIS tới nhóm ngƣời sử dụng.
ArcGIS Engine có COM, .NET, Java, và C++ (API).
ArcGIS Engine là thƣ viện đầy đủ các thành phần GIS cho việc xây dựng, phát
triển ứng dụng. Sử dụng ArcGIS Engine, bạn có thể đƣa các chức năng GIS vào
ứng dụng gồm Microsoft® Office, Word, Excel .
Cùng với Windows, Solaris, Linux (Intel), ngƣời phát triển có thể tạo ra các
ứng dụng truy cập chéo (cross-platform) cho ngƣời sử dụng trên một phạm vi
rộng.
ArcGIS Engine có năm thành phần chính:
1. Base Services – GIS ArcObjects đòi hỏi hầu hết ứng dụng GIS những đặc
trƣng hình học và cách hiển thị
2. Data Access-ArcGIS Engine cung cấp sự đa dạng về định dạng vector và
raster
3. Map Presentation-ArcObjects tạo và hiển thị nhãn, biểu tƣợng
4. Developer Components-High điều khiển giao diện ngƣời sử dụng cho
phát triển ứng dụng và trợ giúp hệ thống cho việc hoàn thiện ứng dụng.
5. Extensions-ArcGIS Engine Runtime triển khai cùng với chức năng chuẩn
hoặc cùng với điều kiện mở rộng cho các chức năng nâng cao.
Các công nghệ khác
Ngoài 2 công nghệ phổ biến đã đƣợc nêu ở trên, để phát triển và ứng dụng
công nghệ GIS trong các lĩnh vực đời sống xã hội còn rất nhiều các công nghệ ứng
dụng khác nhƣ sau:
DolGIS.- Sản phẩm của DolSoft ra đời năm 1991.
GeoTools-Các công cụ phát triển mã nguồn mở của GIS trong Java.
MapWindow GIS: Miễn phí, Phát triển các ứng dụng mã nguồn mở.
...
Nhƣ vậy, nếu sử dụng CSDL GIS để lƣu trữ thì các đối tƣợng cần quản lý sẽ
đƣợc lƣu trữ thống nhất cả dạng hình học và thuộc tính vào bên trong các bảng dữ
liệu, và bản thân CSDL GIS cũng cung cấp một cơ chế quản lý để liên kết giữa các
thông tin thuộc tính với các đối tƣợng hình học với nhau. Đây là một lợi thế rất
lớn trong các hệ thống CSDL GIS hiện đại mà các CSDL khác không có đƣợc.
Xuất phát từ xu hƣớng công nghệ, những điểm mạnh trong từng dòng sản
phầm, hệ thống WDMS đã đƣợc lựa chọn và phát triển trên nền tảng ArcGIS.
24
Và cũng xuất phát từ những thế mạnh trong việc quản lý, xử lý, lƣu trữ dữ
liệu, sự đơn giản khi sử dụng, và giao diện phần mềm thân thiện, phần mềm
WDMS có đầy đủ các chức năng mà các phần mềm khác trƣớc đó đã phát triển,
đồng thời còn có thêm nhiều tính năng khác nữa mà trong khuôn khổ của luận văn
này không thể liệt kê ra đƣợc. Do vậy tác giả đã chọn mô hình cấp nƣớc DANVAND và phần mềm WDMS, trong đó có module “Đăng ký đƣờng ống” để trình
bày trong luận văn.
25
CHƢƠNG 2
MÔ HÌNH CƠ SỞ DỮ LIỆU DAN-VAND VÀ PHƢƠNG PHÁP PHÂN
TÍCH THIẾT KẾ HƢỚNG ĐỐI TƢỢNG
2.1 Mô hình cơ sở dữ liệu DAN-VAND
Xuất phát từ kinh nghiệm làm việc từ các dự án cấp thoát nƣớc tại các quốc
gia Đan Mạch, Thái Lan, Trung Quốc, Philipines và Việt Nam, công ty WaterTech
(nay đổi tên thành công ty Alectia Aqua) đã phát triển thành mô hình Cơ sở dữ liệu
cho cấp nƣớc với tên gọi DAN-VAND, đƣợc hiệp hội cấp thoát nƣớc Đan Mạch
(Danish Water & Sewerage association) công nhận năm 2004, lấy tên từ tiếng Đan
Mạch
Các quy tắc trong mô hình cơ sở dữ liệu DAN-VAND là cơ sở cho các thao tác
quản lý trong hoạt động cấp nƣớc. DAN-VAND đơn thuần là một mô hình dữ liệu
về chuẩn hệ thống đăng ký đƣờng ống nƣớc đƣợc sử dụng ở Đan Mạch và hiện
đang đƣợc ứng dụng vào quản lý cấp nƣớc tại Malaysia.
Một trong những mục đích chính của mô hình DAN-VAND là tạo ra một
chuẩn thống nhất cho liên kết và trao đổi dữ liệu. Việc trao đổi dữ liệu này cũng
phải phù hợp với hệ thống không hỗ trợ GIS. Chính vì vậy, sẽ có các trƣờng dữ
liệu về tọa độ và trƣờng để lƣu các đối tƣợng hình học trong các bảng dữ liệu. Dữ
liệu hình học đƣợc mô tả trong đó là các điểm nối (Nodes) và các đƣờng ống dẫn
nƣớc (Pipes)
Có 3 thành phần cơ bản nhất trong mô hình dữ liệu DAN-VAND gồm có
những đối tƣợng sau:
Đƣờng ống dẫn nƣớc (Pipes)
Các điểm nối (Nodes) của các ống nƣớc
Các thiết bị (Components) đƣợc gắn trên các điểm nối, nhƣ van khóa-mở
nƣớc(valve), đồng hồ đo nƣớc (meter), các mối nối, các điểm lắp đặt,
bơm tăng - giảm áp…
Quan hệ hình học giữa các đối tƣợng:
Điểm nối đơn
1-1
Thiết bị
• Thiết bị hình chữ T
• Dữ liệu
Hình 2.1: Mô hình quan hệ giữa đường ống(Pipe), điểm nối(Node )và thiết bị lắp đặt(Component)
26
Các thiết bị (Components) gắn với các điểm nối và nằm trên các đƣờng ống.
Các điểm nối có thể cắt ở giữa các đƣờng ống và chúng có thể là các điểm nút của
đƣờng ống. Một hay nhiều thiết bị (components) có thể gắn với một điểm nối. Các
thiết bị phức tạp (Complex components) có thể đƣợc gắn vào nhƣ các thiết bị
thông thƣờng khác.
Cơ sở dữ liệu chứa chứa các bảng dữ liệu, các bảng đối tƣợng trong đó có một
tập các giá trị đƣợc định nghĩa trƣớc (pre-defined) và không đƣợc phép thay đổi
bởi ngƣời sử dụng hay ngƣời quản trị hệ thống. Các bảng chứa các trƣờng dữ liệu
cơ bản (mandatory fields), phải là các trƣờng bắt buộc và một số trƣờng khác
(voluntary fields).
Trong tài liệu đặc tả về mô hình DAN-VAND mô tả các bảng dữ liệu của các
đối tƣợng đƣợc dùng trong hệ thống, quy định cách thức đặt tên trƣờng dữ liệu,
kiểu dữ liệu, độ rộng và mối liên hệ giữa các đối tƣợng. Mỗi một bảng dữ liệu về
một thành phần là các quy tắc để kiểm tra về mặt hình học (topology check) và
danh sách các đối tƣợng mà nó liên kết. [16]
Chi tiết của các đối tƣợng và mô tả sẽ đƣợc làm rõ trong mục 1.13.4.3.1 ở
chƣơng 3: Mô tả chi tiết thiết kế các lớp dữ liệu trong CSDL nghiệp vụ.
Một số thành phần mở rộng của mô hình DAN-VAND đƣợc sử dụng trong hệ
thống đăng ký và quản lý hệ thống cấp nƣớc:
- Các điểm rò rỉ (Bursts), các điểm khách hàng phàn nàn (complaints), và dữ
liệu phục hồi - để bảo dƣỡng hệ thống (rehabilitation data) không nằm trong
mô hình DAN-VAND. Nhƣng nó vẫn đƣợc xây dựng trong hệ thống đăng ký
và quản lý hệ thống cấp nƣớc.
- Ngoài ra, trong hệ thống đăng ký và quản lý hệ thống cấp nƣớc cho phép
ngƣời đăng ký quan sát các đối tƣợng điểm, đối tƣợng đƣờng thẳng nằm
trên một đƣờng ống và các đối tƣợng vùng.
- Trong mô hình DAN-VAND, tất cả mọi sự thay đổi trong CSDL phải đƣợc
lƣu lại. Điều đó có nghĩa là có một trƣờng “physical status” để lƣu lại trạng
thái của đối tƣợng.
- Nếu một đƣờng ống đƣợc chia cắt thành hai vì lý do nào đó, thì đối tƣợng
ban đầu phải đƣợc lƣu giữ trong CSDL với trƣờng thuộc tính 'Historic' =
True. Sau đó đối tƣợng ban đầu này sẽ bị giấu đi.
Ngoài ra còn có những thành phần khác hỗ trợ cho việc quản lý, đó là các vùng
(Zones) cấp nƣớc
Mô hình dữ liệu DAN-VAND cũng quy định về sự liên hệ và ràng buộc giữa
các thành phần trong mô hình, cụ thể là các thành phần đƣợc gắn trên các điểm
nối của ống nƣớc sẽ quy định cụ thể về số lƣợng đầu ống đƣợc phép nối với
thành phần này, do vậy khi hệ thống tự kiểm tra thì sẽ phát hiện đƣợc sai sót trong
hệ thống.
27
Trong phân hệ Đăng ký đƣờng ống, chỉ làm việc với các đối tƣợng: Điểm nối,
Đƣờng ống, thiết bị, vùng cấp nƣớc, do vậy trong phần phân tích CSDL của hệ
thống chỉ mô tả các lớp đối tƣợng phục vụ cho phân hệ Đăng ký đƣờng ống.
2.2 Mô hình hƣớng đối tƣợng đối với cơ sở dữ liệu GIS
2.2.1 Giới thiệu
Các hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu (DBMS) đóng một vai trò trọng tâm trong
Hệ thống thông tin địa lý. Chúng đã giải phóng các nhà thiết kế GIS khỏi việc xây
dựng và duy trì một bộ phận trọng yếu và phức tạp trong hệ thống phần mềm rộng
lớn (Frank 1988a). DBMS đã trở thành một công cụ đƣợc chấp nhận rộng rãi
trong việc lƣu trữ dữ liệu theo định dạng cho phép nhiều ngƣời truy cập đồng
thời, ngăn chặn mất mát dữ liệu, cũng nhƣ cung cấp các chức năng bảo mật khi
truy cập (Codd 1982). Với việc sử dụng một hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu, lập
trình viên và ngƣời sử dụng cuối cùng không cần tiến hành tất cả các thao tác của
quản lý dữ liệu thứ cấp. Theo quan điểm của một lập trình viên, dữ liệu đƣợc miêu
tả bởi những đặc tính riêng mang tính logic của chúng chứ không phải cấu trúc tự
nhiên nơi chúng đƣợc lƣu trữ. Chẳng hạn, ngƣời sử dụng cơ sở dữ liệu có thể truy
vấn đối tƣợng “thành phố Orono” bằng cách cung cấp tên “Orono” nhƣ một đặc
tính của một đối tƣợng thuộc lớp “thành phố” mà chẳng cần có kiến thức gì về địa
điểm cất trữ file chứa bản ghi cụ thể hay các chi tiết về phƣơng thức truy cập.
DBMS nhƣ là một hệ thống con của GIS có thể đƣợc thay thế bởi một sản phẩm
khác có cùng mô hình, miễn là các giao diện tƣơng thích với nhau. [12]
Từ nhiều năm qua, các nhà khoa học về máy vi tính đã nghiên cứu thiết kế và
việc ứng dụng DBMS và hiện nay một vài hệ thống thƣơng mại đã trở nên sẵn có.
Chúng thƣờng dựa trên một trong các mẫu dữ liệu cổ điển – có thứ bậc
(Tsichritzis và Lochovsky 1977), mạng (CODASYL 1971), hoặc quan hệ (Codd
1982) – hoặc các mẫu phái sinh của chúng. Trong vài năm trở lại đây, các hệ thống
quản lý cơ sở dữ liệu quan hệ thƣơng mại đã trở nên khá phổ biến, các sản phẩm
nhƣ Oracle hay Ingres đƣợc sử dụng rộng rãi ở nhiều nơi. Chúng đƣợc xây dựng
dựa trên mô hình quan hệ, mô hình này tổ chức dữ liệu thành các bảng hoặc các
mối quan hệ (Codd 1970). Các cột trong bảng đƣợc gọi là các thuộc tính và tất cả
các giá trị trong một thuộc tính là các nhân tố của một miền chung miêu tả tập hợp
của tất cả các giá trị có thể. Còn các hàng đƣợc tham chiếu đến nhƣ các bản ghi,
các cặp dữ liệu (tuples) hoặc các phân tử quan hệ (Ullman 1982).
Trong khi các hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu quan hệ phù hợp và thành công
đối với các ứng dụng cho các dữ liệu có cấu trúc yếu nhƣ các tài khoản ngân hàng
và các hồ sơ cá nhân thì tình hình lại hoàn toàn đảo ngƣợc đối với các dữ liệu có
cấu trúc phức tạp. Các hệ thống thông tin địa lý làm nhiệm vụ tích hợp dữ liệu từ
nhiều nguồn khác nhau vào một hệ thống đồng nhất thì cần phải có các mô hình
28
dữ liệu mạnh mẽ và linh hoạt nhằm phục vụ đƣợc nhiều nhiệm vụ hơn. Chúng bao
gồm:
Cách giải quyết phức tạp của thế giới hình học thực (Frank and Kuhn
1986; Greene and Yao1986; Herring 1987; Egenhofer et al. 1989;
Milenkovic 1989;)
Trình bày cùng một loại dữ liệu từ nhiều cung bậc khái niệm khác nhau
về độ phân giải và chi tiết (Bruegger 1989; van Oosterom 1990;
Buttenfield and McMaster 1991);
Quản trị nguồn gốc và các phiên bản của đối tƣợng (Sernadas 1980;
Snodgrass 1987; Langran 1989; Al-Taha and Barrera 1990); và
Sự kết hợp của các hệ thống đo lƣờng ở nhiều độ phân giải và độ chính
xác khác nhau (Davis 1986; Buyong et al. 1991).
Các văn bản về GIS (Morehouse 1990; Frank and Mark 1991) thƣờng chỉ ra sự
khác biệt giữa các hệ thống coi mỗi đối tƣợng nhƣ một thực thể riêng biệt với các
hệ thống raster. Các hệ thống raster lại lƣu trữ việc phân phối các đặc tính trong
không gian (Tomlin 1990).
Do mô hình dữ liệu quan hệ tỏ ra không phù hợp với những khái niệm tự nhiên
từ trƣớc tới nay của con ngƣời về dữ liệu không gian, ngƣời sử dụng phải tự
chuyển đổi các mô hình mental sang một tập hợp giới hạn các khái niệm mang
tính chất phi không gian. Ví dụ, do tập hợp này áp đặt quá nhiều giới hạn nhƣ các
quy tắc tiêu chuẩn hóa hóa (Codd 1972) nên các đối tƣợng không gian buộc phải
chia nhỏ ra thành những bộ phận nhỏ hơn (Nyerges 1980; Frank 1988a).
Gần đây một vài nhánh trong số những đề tài nghiên cứu khoa học máy tính
(nhƣ trí thông minh nhân tạo, kỹ sƣ phần mềm, hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu,
tƣơng tác giữa ngƣời - máy) đã xúc tiến phƣơng thức tiếp cận hƣớng đối tƣợng:
Các mô hình hƣớng đối tƣợng đã đƣợc phát triển để thu đƣợc nhiều ngữ
nghĩa hơn mẫu quan hệ (Brodie et al. 1984; Peckham and Maryanski
1988).
Giao diện với ngƣời sử dụng hƣớng đối tƣợng giúp hệ thống trở nên thân
thiên và dễ sử dụng hơn (Schmucker 1986).
Các hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu hƣớng đối tƣợng đã đƣợc nghiên cứu
một cách tỉ mỉ để có thể cung cấp các tính năng tƣơng ứng cho việc lƣu
trữ và phục hồi các đối tƣợng phức tạp (Zdonik and Maier 1990).
Các kỹ thuật phần mềm hƣớng đối tƣợng và các ngôn ngữ lập trình đã
đƣợc phát triển để hỗ trợ cho việc ứng dụng các hệ thống phần mềm
chúng ta đã thiết kế theo cách tiếp cận hƣớng đối tƣợng. Chúng cho phép
ứng dụng ngay lập tức các khái niệm đối tƣợng hơn là việc tái tạo chúng
bằng những ngôn ngữ lập trình truyền thống (Stroustrup 1986; Meyer
1988).
29
2.2.2 Mô hình cho hệ thống thông tin địa lý GIS [6]
Các hệ thống thông tin địa lý có chức năng nhƣ kho chứa đựng những quan sát
của con ngƣời về các đối tƣợng có quan hệ không gian và các đặc tính của chúng.
Để tập trung vào các vấn đề này, con ngƣời đã xây dựng các mô hình nhận thức
của các đối tƣợng thực và tiến hành đơn giản hóa chúng, sử dụng kỹ thuật trừu
tƣợng hóa cho tới khi chỉ còn lại những thành phần trọng yếu nhất. Các mô hình
nhận thức nhƣ hoặc đƣợc liên lạc một cách không chính thức bằng cách sử dụng
ngôn ngữ tự nhiên, hoặc nằm trong một hệ thống dựa trên một mô hình trừu tƣợng
chính thức của thực thể.
Các nhà thí nghiệm quan sát thấy rằng các khái niệm cơ bản con ngƣời sử
dụng đã đƣợc hình thành từ giai đoạn đầu trong cuộc đời con ngƣời nhƣ những
kinh nghiệm có đƣợc từ chính những trải nghiệm của cơ thể (Johnson 1987). Điều
này xảy ra ở tất cả mọi ngƣời, bởi về cơ bản chúng đều đƣợc sinh ra từ các chức
năng sinh lý học của cơ thể. Mô hình biến đổi là sự miêu tả khái quát hóa một tình
huống (Ellis et al. 1990) (ví dụ: “một ngƣời sở hữu một ngôi nhà” tƣơng phản với
mô hình cụ thể “Ông A sở hữu ngôi nhà tại số 56 đƣờng Nguyễn Chí Thanh”). Cơ
chế trừu tƣợng hóa sẵn có trong mô hình dữ liệu quyết định các mô hình biến đổi
và mô hình cụ thể có thể đƣợc sử dụng, và từ đó quyết định khả năng diễn đạt của
GIS. Nếu cơ chế trừu tƣợng hóa không đầy đủ, mô hình biến đổi của thực tế sẽ trở
nên không tƣơng thích và việc tham chiếu từ khái niệm của ngƣời sử dụng về
hoạt động đối tƣợng vào mô hình GIS sẽ gặp nhiều trở ngại và rất khó hiểu. Điều
này sẽ khiến cho GIS trở nên khó sử dụng.
Hình 2.2: Mối quan hệ giữa Mô hình, Công nghệ phần mềm và cơ sở dữ liệu cho GIS.
2.2.2.1 Các mô hình dữ liệu và cơ chế trừu tượng hóa
Một bộ phận quan trọng trong các chức năng xây dựng – mô hình đƣợc phát
triển từ mô hình dữ liệu cho hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu trong GIS. Một mô
hình dữ liệu là một tập hợp của:
Các loại cấu trúc dữ liệu
Các quy tắc thực hành hoặc suy diễn
Ràng buộc toàn vẹn dữ liệu
30
Nó cung cấp các công cụ, chẳng hạn nhƣ các ngôn ngữ sẵn có, để mô tả mô
hình biến đổi của cơ sở dữ liệu (Date 1986). Các ví dụ về mô hình dữ liệu có thể
tìm thấy là mô hình quan hệ (Codd 1970), Mô hình – Quan hệ - Thực thể (Chen
1976) và mô hình hƣớng – đối tƣợng (Manola and Dayal 1986;Bancilhon et al.
1988).
Mô hình dữ liệu của hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu phải thiết lập cơ sở cho các cơ
chế trừu tƣợng hóa, những cơ chế cũng đƣợc đƣa vào ngôn ngữ lập trình và môi
trƣờng phần mềm; do đó công nghệ phần mềm phải cung cấp cho ngƣời sử dụng
những công cụ để ứng dụng các cơ chế trừu tƣợng hóa vào ngôn ngữ lập trình. Ví dụ,
nếu một mô hình yêu cầu một cơ chế để thiết lập các đối tƣợng có thể bao hàm các
đối tƣợng khác thì ngôn ngữ lập trình sử dụng trong trƣờng hợp này cần đƣa ra một
phác đồ để tập hợp tất cả các nhân tố mà là một bộ phận của một nhân tố khác. Sự
thiếu hụt các phác đồ thích hợp trong ngôn ngữ lập trình thƣờng dẫn tới việc giả lập
khiến cho các hệ thống phần mềm trở nên phức tạp và khó duy trì.
Việc một hệ thống thông tin đƣợc thiết kế sử dụng một mô hình – quan hệ đối tƣợng (Chen 1976), rồi đƣợc bổ sung vào một ngôn ngữ lập trình tƣơng tự Algol (nhƣ Pascal hay C), và đƣợc mở rộng để truy cập vào một hệ thống quản lý
dữ liệu quan hệ thông qua một ngôn ngữ truy vấn nhúng nhƣ SQL nhúng hay
Quel nhúng đƣợc coi là chuẩn mực. Sự bất tƣơng thích xuất hiện tại mỗi giao diện
giữa hai tập hợp công cụ là do tồn tại các mô hình khác nhau cho việc trình bày
thông tin.. Các chức năng quan trọng của một nhân tố phải thƣờng xuyên đƣợc
mô phỏng trong một nhân tố khác. Những mô phỏng này khiến tính hiệu quả bị
giảm xuống và dẫn tới sự thiếu nhất quán giữa việc thiết kế, triển khai và thực thi.
Kết quả là sản phẩm, dựa trên một mẫu thiết kế rời rạc, đã tiêu tốn một cách thái
quá các nguồn lực và rất khó để duy trì.
2.2.2.2 Mô hình hướng đối tượng
Ý tƣởng cơ bản về định hƣớng đối tƣợng xuất phát từ việc quan sát thấy thế
giới thƣờng đƣợc coi là một tập hợp bao hàm các đối tƣợng tƣơng tác lẫn nhau
theo nhiều cách khác nhau. Tƣơng tác giữa các đối tƣợng có thể đƣợc nhìn nhận
nhƣ một lệnh, hay thông điệp, đƣợc gửi tới một đối tƣợng – bằng lời nói hoặc
bằng một số hành động, ví dụ nhƣ các tác động cơ học. Dựa trên các hoạt động
thông thƣờng đƣợc ứng dụng vào trong đối tƣợng – hoặc lệnh mà chúng phản hồi
– chúng đƣợc nhóm lại thành các lớp. Ban đầu khái niệm này đƣợc giới thiệu
trong lĩnh vực lập trình nhƣ một bộ phận của ngôn ngữ mô phỏng SIMULA (Dahl
and Nygaard 1966). Càng gần đây chúng càng trở nên phổ biến và đƣợc thừa nhận
rộng rãi.
Trong công nghệ phần mềm, hƣớng đối tƣợng đã trở thành phƣơng pháp thiết
kế hàng đầu cho việc tạo mô hình đối tƣợng giống nhƣ những gì con ngƣời quan
sát đƣợc từ thực tế. Không giống nhƣ các phƣơng pháp tiếp cận đƣợc sử dụng
