Ứng dụng công nghệ gis xây dựng hệ thống quản lý mạng lưới viễn thông tại tỉnh savannakhet lào
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (9.56 MB, 90 trang )
..
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
SENGTHIENG CHITTAPHONE
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ
MẠNG LƯỚI VIỄN THÔNG TẠI TỈNH SAVANNAKHET (LÀO)
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH
Đà Nẵng - Năm 2017
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
SENGTHIENG CHITTAPHONE
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ
MẠNG LƯỚI VIỄN THƠNG TẠI TỈNH SAVANNAKHET (LÀO)
Chun ngành: Khoa học máy tính
Mã số: 60.48.01.01
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH
Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Trần Quốc Vinh
Đà Nẵng - Năm 2017
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan bản luận văn này là cơng trình nghiên cứu riêng của tơi, khơng
sao chép ở bất kỳ cơng trình khoa học nào trước đây. Các kết quả nêu trong luận văn có
nguồn gốc rõ ràng và được trích dẫn đầy đủ. Tơi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về luận
văn này.
Học viên
SENGTHIENG CHITTAPHONE
ii
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các quý thầy cô giáo, khoa
chuyên ngành Công nghệ thông tin, Trường Đại học Bách khoa đã tận tình giảng dạy,
truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian tôi theo học tại
chương trình. Các kiến thức, kinh nghiệm quý báu của các Quý thầy cô giáo không chỉ
giúp cá nhân tôi hoàn thiện hệ thống kiến thức trong học tập mà cịn giúp tơi ứng dụng
các kiến thức đó trong cơng tác hiện tại tại đơn vị.
Đặc biệt, tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Nguyễn Trần Quốc Vinh đã rất
nhiệt tình và tâm huyết trong việc định hướng và giúp đỡ tơi hồn thành luận văn này.
Ngồi ra, tôi cũng xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Sở Bưu chính viễn thơng,
Giám đốc và cán bộ nhân viên các doanh nghiệp Viễn thông Sky Telecom, Lao Telecom,
ETL Telecom đã tạo điều kiện cung cấp những các số liệu và những kiến thức thực tiễn
cho tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp này.
Tôi cũng xin được bày tỏ tình cảm với gia đình, đồng nghiệp, bạn bè đã tạo điều
kiện để cá nhân tơi có thể dành thời gian cho khóa học. Xin chân thành cảm ơn những
người bạn lớp cao học K32, trong gần 2 năm qua đã ln ln động viên, khích lệ và hỗ
trợ tơi trong quá trình học tập.
Trong quá trình thực hiện Luận văn mặc dù đã cố gắng hết mình, song chắc chắn
luận văn của tơi vẫn cịn nhiều thiếu sót. Tơi rất mong nhận được sự chỉ bảo vào đóng
góp tận tình của các thầy cơ để luận văn của tơi được hoản thiện hơn.
Đà Nẵng, Ngày 15 tháng 11 năm 2017
Tác Giả: SENGTHIENG CHITTAPHONE
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN……………………………………………………………………….i
LỜI CẢM ƠN….……………………………………………………………………….ii
MỤC LỤC………………………………………………….………………………….iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT………………………………………………….....vi
DANH MỤC CÁC BẢNG…………………………………………………………. .viii
DANH MỤC CÁC HÌNH…………………………………………………………..….ix
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................. 3
2.1. Mục tiêu tổng quát ....................................................................................... 3
2.2 Mục tiêu cụ thể ............................................................................................. 3
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 3
3.1. Đối tượng nghiên cứu .................................................................................. 3
3.2. Phạm vi nghiên cứu ..................................................................................... 3
4. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................. 3
5. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 4
6. Bố cục của luận văn .............................................................................................. 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ .......................... 5
1.1. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) ......................................................................... 5
1.1.1.Khái niệm về GIS ...................................................................................... 6
1.1.2. Các thành phần của GIS………………………………………………...8
1.1.3. Ứng dụng công nghệ thông địa lý (GIS) ................................................ 11
1.2. Ứng dụng giải pháp GEOSERVER trong hệ thống thống tin quản lý mạng lưới
viễn thông viên thông tại tỉnh Savannakhet. ........................................................... 23
1.2.1. Tổng quan GEOSEOVER ...................................................................... 23
1.2.2. Qui trình hiển thị bản đồ trong Geoserver lên giao diện WebGis .......... 25
1.2.3. Tổng quan về mạng viễn thông .............................................................. 28
1.3. Kết chương ....................................................................................................... 32
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUẢN LÝ
TRÊN NỀN GIS ............................................................................................................ 33
iv
2.1. Mô tả hệ thống ................................................................................................. 33
2.1.1. Yêu cầu chức năng ................................................................................. 33
2.1.2. Mơ hình hệ thống ................................................................................... 34
2.2. Các ca sử dụng ................................................................................................. 35
2.2.1. Sơ đồ Use-case ....................................................................................... 35
2.2.2. Đặc tả Use - Case ................................................................................... 38
2.3. Biểu đồ hoạt động ............................................................................................ 41
2.3.1 Các ký hiệu .............................................................................................. 41
2.3.2 Quản trị người dùng ................................................................................ 41
2.3.3 Khai thác điểm thông tin bản đồ ............................................................. 42
2.3.4 Quản lý điểm viễn thông ......................................................................... 42
2.3.5 Quản lý phường xã .................................................................................. 43
2.3.6 Quản lý quận huyện ................................................................................. 43
2.3.7 Quản lý nhà mạng.................................................................................... 44
2.4. Mô tả cơ sở dữ liệu .......................................................................................... 44
2.4.1. Mô tả dữ liệu .......................................................................................... 44
2.4.2 Chi tiết các thực thể dữ liệu ..................................................................... 45
2.5. Kết chương ....................................................................................................... 47
CHƯƠNG 3 CÀI ĐẶT VÀ THỬ NGHIÊM HỆ THỐNG .......................................... 48
3.1. Cài đặt và phát triển hệ thông .......................................................................... 48
3.1.1. Các công cụ xây dựng phần mềm .......................................................... 48
3.1.2. Cách tổ chức các lớp dữ liệu (layers) chồng lớp trên Geoserver ........... 50
3.1.3. Kết quả hiển thị các lớp dữ liệu trên Geoserver ..................................... 52
3.1.4. Hiển thị bản đồ từ các lớp dữ liệu trong GEOSERVER ........................ 53
3.1.5. Xây dựng tầng giao diện ........................................................................ 58
3.2.Thử nghiệm hệ thống ........................................................................................ 60
3.2.1. Kết quả giao diện các chức năng hệ thống ............................................. 60
3.2.2. Đánh giá kết quả thử nghiệm ................................................................... 64
3.3. Kết chương ....................................................................................................... 65
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................................................... 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 67
v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Trạm trung chuyển thu và phát sóng
BTS
Base Tranceiver Station
BSC
Base Station Control
Trạm điều khiển cơ sở
DSM
Digital Surface Model
Mơ hình bề mặt số
DTM
DTPV
Digital Terrain Model
Mơ hình địa hình số
Diện tích phục vụ
ETL
Enterprise of Telecommuni
cations Lao
Geographic
GIS
Information
System
Geography
GISLAOPT
điện thoại di động
System
Information
Lao
Post
and
Telecommunication
Doanh nghiệp viễn thông Lào
Hệ thống thông tin địa lý
Hệ thống thơng tin địa lý của Bưu
chính và Viễn thơng Lào
Hệ thống định vị toàn cầu
GPS
Global Positioning System
HTML
Hypertext Markup Language Nguôn ngữ đánh dấu siêu văn bản
IIS
Internet Information Service Dịch vụ thông tin trên internet
LTC
Lao Telecommunications
Company
Open Geospatial
Consortium
OGC
Remote Sensing
tin
Supervisory Control And Điều khiển giám sát và thu nhận dữ
Data Acquisition
liệu
Ủy ban nhân dân
UBND
WKB
Viễn thám
Sở Bưu chính Viễn thơng và Thơng
SBCVT&TT
SCADA
Tổ chức tiêu chuẩn nguồn mở GIS
Chuyển vùng
Roaming
RS
Công ty Viễn thông Lào
Well Known Binary
Định dạng trao đổi và lưu trữ CSDL
GIS theo chuẩn OGC
vi
Ngôn ngữ đánh dấu văn bản cho các
WKT
Well Known Text
đối tượng hình học cấu trúc vector
trên bản đồ
WMS
Web Map Service
Dịch vụ bản đồ web
WCS
Web Coverage Service
Dịch vụ phủ song web
WFS
Web Feature Service
Dịch vụ tính năng web
vii
DANH MỤC CÁC BẢNG
SỐ HIỆU
TÊN BẢNG
TRANG
Bảng 2.1.
Bảng yêu cầu chức năng của hệ thống quản lý
33
Bảng 2.2.
Bảng nhóm use – case quản lý người dùng
38
Bảng 2.3.
Bảng nhóm use – case quản lý điểm BTS
38
Bảng 2.4.
Bảng nhóm use – case quản lý phường xã
39
Bảng 2.5.
Bảng nhóm use – case quản lý quận huyện
40
Bảng 2.6.
Bảng nhóm use – case quản lý nhà mạng
41
Bảng 2.7.
Bảng các ký hiệu của biểu đồ chức năng
42
Bảng 2.8.
Dữ liệu nền của Quận/Huyện
45
Bảng 2.9.
Dữ liệu nền Xã/Phường
45
Bảng 2.10.
Dữ liệu nền Company (nhà mạng)
45
Bảng 2.11.
Dữ liệu trạm BTS
46
Bảng 2.12.
Dữ liệu về quản trị hệ thống
47
Bảng 2.13.
Dữ liệu về thành viên
47
Bảng 3.1.
Mô tả các lớp dữ liệu (layers) trên Geoserver
51
Bảng 3.2.
Đánh giá kết quả thử nghiệm
64
viii
DANH MỤC CÁC HÌNH
SỐ HIỆU
TÊN HÌNH
TRANG
Hình 1.1.
Hệ thống tin địa lý
8
Hình 1.2.
Các thành phần của GIS
8
Hình 1.3.
Tầng bản đồ
10
Hình 1.4.
Các nhóm chức năng của GIS
15
Hình 1.5.
Buffer bên trong một hình có bán kính xác định
19
Hình 1.6.
Kết quả tìm kiếm theo địa chỉ
20
Hình 1.7.
Kết quả tìm kiếm trên mạng giao thơng
21
Hình 1.8.
Mơ hình GeoServer
24
Hình 1.9.
Các loại định dạng dữ liệu GeoServer có thể truy xuất
25
Hình 1.10.
Quy trình hiển thị bản đồ trong GeoServer [14]
25
Hình 1.11.
Các thành phần cơ bản của viễn thơng
28
Hình 1.12.
Bản đồ nhà mạng viễn thơng ETL
30
Hình 1.13.
Bản đồ nhà mạng viễn thơng Lao Telecom
30
Hình 1.14.
Bản đồ nhà mạng viễn thơng Sky Telecom
31
Hình 1.15.
Bản đồ nhà mạng viễn thơng Unitel Telecom
31
Hình 1.16.
Bản đồ nhà mạng viễn thơng Beeline
32
Hình 2.1
Mơ hình hệ thống
34
Hình 2.2.
Quản trị người dùng
35
Hình 2.3.
Khai thác thơng tin bản đồ
35
Hình 2.4.
Quản lý điểm viễn thơng
36
Hình 2.5.
Quản lý nhà mạng
36
Hình 2.6.
Quản lý phường xã
37
Hình 2.7.
Quản lý quận huyện
37
Hình 2.8.
Sơ đồ quản trị người dùng
41
Hình 2.9.
Khai thác điểm thơng tin bản đồ
42
Hình 2.10.
Sơ đồ quản lý điểm viễn thơng
42
Hình 2.11.
Sơ đồ quản lý phường xã
43
ix
Hình 2.12.
Sơ đồ quản lý quận huyện
43
Hình 2.13.
Sơ đồ quản lý nhà mạng
44
Hình 2.14.
Mơ hình cơ sở dữ liệu
44
Hình 3.1.
Cách tổ chức các lớp dữ liệu chồng lớp trên Geoserver
50
Hình 3.2.
Các lớp dữ liệu trong Geoserver
52
Hình 3.3.
Kết quả hiển thị lớp ranh giới huyện
52
Hình 3.4.
Kết quả hiển thị lớp ranh giới tỉnh
53
Hình 3.5.
Sơ đồ quản trị hệ thống quản lý mạng lưới viễn thơng
58
Hình 3.6.
Trang web dành cho người quản trị
58
Hình 3.7.
Sơ đồ web dành cho người dung
59
Hình 3.8.
Giao diện trang chủ
59
Hình 3.9.
Xem thơng tin điểm BTS
59
Hình 3.10.
Cài đặt các lớp dữ liệu lên Geoserver
60
Hình 3.11.
Giao diện chương trình khi chưa đăng nhập
60
Hình 3.12.
Giao diện đăng nhập hệ thống
61
Hình 3.13.
Trang sau khi đăng nhập hệ thống
61
Hình 3.14.
Xem thơng tin chi tiết của một trạm BTS
62
Hình 3.15.
Danh sách trạm BTS
62
Hình 3.16.
Danh sách phường xã
62
Hình 3.17.
Thêm, sửa thơng tin Phường/Xã
63
Hình 3.18.
Danh sách quận/huyện
63
Hình 3.19.
Thêm, Sửa thơng tin quận/huyện
63
Hình 3.20.
Danh sách cơng ty nhà mạng
64
Hình 3.21.
Thêm, sửa thơng tin cơng ty nhà mạng
64
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, hệ thống cơ sở hạ tầng viễn thông tỉnh Savannakhet được đầu tư và
phát triển rộng khắp, hệ thống cáp quang được kéo đến 96% trung tâm các xã; mạng
lưới trạm thu phát sóng được phát triển mạnh mẽ, tồn tỉnh đã có trên 889 trạm Base
Tranceiver Station (BTS) phủ sóng trên hầu hết các khu vực trên địa bàn tỉnh, mạng 2G,
3G và 4G cũng đã được phủ sóng đến trung tâm các huyện, xã, các khu công nghiệp,
trên 500 trạm viễn thông, hơn 431 điểm cung cấp dịch vụ viễn thơng, internet. Nhìn
chung, mạng lưới cơ sở hạ tầng viễn thông trên địa bàn tỉnh Savannakhet cơ bản đã đáp
ứng được nhu cầu sử dụng thông tin của người dân trên địa bàn tỉnh.
Các số liệu này được Sở Bưu chính Viễn thơng và Thơng tin (SBCVT & TT)
tỉnh cập nhật và lưu trữ nhưng vẫn còn riêng lẽ, dưới nhiều định dạng khác nhau. Dữ
liệu quản lý và lưu trữ chủ yếu là dữ liệu trên giấy và dạng dữ liệu điện tử, bao gồm các
file Word, Excel, chưa hệ thống hóa thành một cơ sở dữ liệu thống nhất, cơ sở dữ liệu
nền chung việc cập nhật, thống kê, xử lý thơng tin cịn nhiều hạn chế và tốn thời gian.
Hiện tại chưa có cơng cụ hỗ trợ tốt trong việc kết hợp các thông tin về hiện trạng mạng
lưới, thông tin về quản lý, chưa được gắn liền với bản đồ số nên gây ra khó khăn trong
công tác quản lý, quản lý việc phát triển hạ tầng mạng viễn thơng trên địa bàn tỉnh. Từ
đó làm cho công tác quản lý, thẩm định, thanh kiểm tra phải mất nhiều thời gian, chưa
khoa học, chưa có kết nối dữ liệu từ tỉnh đến huyện, từ Sở Bưu chính Viễn thơng và
Thơng tin đến các doanh nghiệp bưu chính, viễn thơng, đến các cơ quan quản lý liên
quan.
Vấn đề đặt ra cho quản lý nhà nước về lĩnh vực thơng tin và truyền thơng là hỗ
trợ tích cực cho các doanh nghiệp nhưng đảm bảo cảnh quan đô thị, tránh chồng chéo
trong xây dựng mạng lưới và ảnh hưởng đến các hạ tầng kỹ thuật khác (giao thơng, cấp
nước, thốt nước, điện…), phát triển đúng quy hoạch. Theo chỉ đạo của Bộ BCVT và
UBND tỉnh, các doanh nghiệp đã tiến hành ngầm hóa và hợp tác dùng chung mạng lưới.
Đây cũng là bài toán đặt ra cho Sở BCVT trong việc quản lý và tham mưu cho lãnh đạo
liên quan đến hoạt động và phát triển thông tin và truyền thơng tại địa phương. Điều này
cần có những cơng cụ hỗ trợ quản lý chính xác và hữu hiệu thì cơng nghệ GIS là sự lựa
chọn phù hợp nhất hiện nay. Đến nay, tại Sở bưu chính viễn thơng nói riêng và Bộ bưu
2
chính viễn thơng của Lào nói chung chưa có hệ thống quản lý mạng lưới viễn thông đáp
ứng những yêu cầu hiện tại.
Vì những lý do như trên, tơi đề xuất chọn đề tài luận văn cao học: “Ứng dụng
công nghệ GIS xây dựng hệ thống quản lý mạng lưới viễn thông tại tỉnh
Savannakhet (Lào)”.
3
2. Mục tiêu nghiên cứu
2.1 . Mục tiêu tổng quát
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GIS nâng cao hiệu quả quản lý về hạ tầng viễn
thơng, trong đó chú trọng quản lý việc phát triển, giám sát hạ tầng viễn thông và việc
quản lý khoảng cách giữa các trạm BTS, quản lý dùng chung trạm BTS tại tỉnh
Savannakhet.
2.2. Mục tiêu cụ thể
- Xây dựng cơ sở dữ liệu hiện trạng trên nền GIS về hạ tầng và trạm BTS trên địa
bàn tỉnh phục vụ quản lý nhà nước.
- Hỗ trợ doanh nghiệp quản lý, theo dõi hiện trạng tình hình hạ tầng trạm BTS để
định hướng phát triển hạ tầng của doanh nghiệp.
- Tăng khả năng dùng chung hạ tầng, định hướng cho việc quy hoạch phát triển
trạm BTS trên địa bàn tỉnh Savannakhet.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
- Hệ thống thông tin địa lý
- Các yếu tố dẫn đến hệ thống quản lý mạng lưới viễn thông.
- Thông tin dữ liệu mạng lưới viễn thơng, bản đồ hành chính tỉnh Savannakhet.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu và đề xuất mơ hình hệ thống thông tin địa lý quản lý hạ tầng viễn
thông và quản lý khoảng cách giữa hai trạm BTS bất kỳ trên địa bàn tỉnh Savannakhet
phù hợp với phân hệ tích hợp trong hệ thống GISLAOPT.
- Xây dựng cơ sở dữ liệu để nghiên cứu, phân tích hạ tầng trạm BTS thuộc doanh
nghiệp quản lý, khu vực tỉnh.
- Mơ hình sau khi thiết kế được cài đặt vào hệ quản trị cơ sở dữ liệu phục vụ nhiều
người dùng chạy trên hệ thống máy chủ GISLAOPT.
- Xây dựng phần mềm cho phép xem, truy vấn, hỗ trợ một số chức năng cơ bản quản
lý trạm BTS.
4. Nội dung nghiên cứu
1) Khảo sát và đánh giá hạ tầng viễn thông và trạm BTS của doanh nghiệp khu
vực tỉnh Savannakhet.
4
2) Nghiên cứu bài toán quản lý, quy hoạch trạm BTS (phạm vi nghiên cứu quy
hoạch khoản cách giữa hai trạm bất kỳ) và hạ tầng viễn thông khu vực tỉnh Savannakhet.
3) Xây dựng bản đồ quản lý hạ tầng trạm BTS khu vực tỉnh Savannakhet.
4) Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng phần mềm mô phỏng và hạ tầng viễn thông trên
công nghệ GIS.
5. Phương pháp nghiên cứu
Đề tài xác định mục tiêu nghiên cứu ứng dụng GIS trong quản lý hạ tầng viễn
thông và trạm BTS trên địa bàn tỉnh Savannakhet. Phương pháp nghiên cứu sẽ tiếp cận
các thành quả khoa học công nghệ hiện nay như công nghệ thông tin, khoa học thông
tin địa lý, lý thuyết đồ thị, cơ sở hạ tầng viễn thông và phương pháp quy hoạch và quản
lý đô thị.
6. Bố cục của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, các phụ lục đính kèm, luận văn
được trình bày trong 3 chương:
Chương 1: Nghiên cứu tổng quan.
Nội dung chương 1 trình bày lý thuyết về GIS và những lĩnh vực khoa học ứng
dụng GIS để thiết kế hệ thống, cách ứng dụng giải pháp mã nguồn mở Geoserver trong
hệ thống thông tin quản lý mạng lưới viễn thông .
Chương 2: Phân tích và Xây dựng hệ thống GIS.
Nội dung chương 2 trình bày khái niệm liên quan và các nguyên lý cơ bản hổ trợ
cho việc triển khai ứng dụng WebGis trình bày bài tốn hệ thống quản lý mạng lưới viễn
thơng Trạm BTS, phân tích hệ thống và đưa ra giải pháp xây dựng ứng dụng.
Chương 3: Cài đặt và thử nghiệm hệ thống quản lý mạng lưới viễn thơng trạm BTS
Trình bày các bước xây dựng ứng dụng trên nền bản đồ trực tuyến, xây dựng giao
diện ứng dụng minh họa và đánh giá kết quả đạt được trong quản lý trạm BTS trên nền
tảng GIS, xuất hiện các chức năng xem thông tin một trạm BTS khi người dùng bấm
chuột vào trạm.
5
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ
1.1. Hệ thống thông tin địa lý (GIS)
Địa lý (geography) được hình thành từ hai khái niệm: trái đất (geo-earth) và tiến
trình mơ tả (graphy). Như vậy, địa lý được xem như tiến trình mơ tả trái đất. Khi mơ tả
trái đất, các nhà địa lý luôn đề cập đến quan hệ khơng gian. Chìa khóa của nghiên cứu
các quan hệ không gian là bản đồ. Theo Hiệp hội Bản đồ Quốc tế thì bản đồ là biểu diễn
bằng đồ họa tập các đặc trưng trừu tượng và các quan hệ khơng gian trên bề mặt trái đất.
Nói một cách khác bản đồ là q trình chuyển đổi từ thơng tin bề mặt trái đất sang bản
đồ giấy [7].
Hệ thống thông tin là tập các tiền xử lý dữ liệu thô để sản sinh ra các thơng tin có
ích cho cơng tác lập quyết định. Chúng bao gồm các thao tác dẫn chúng ta đi từ lập kế
hoạch quan sát và thu thập dữ liệu tới lưu trữ và phân tích dữ liệu, tới sử dụng các thông
tin suy diễn trong việc lập quyết đinh. Theo quan niệm này thì bản đồ cũng là một loại
hệ thông tin. Bản đồ là tập hợp các dữ liệu, các thông tin suy diễn từ nó được sử dụng
vào cơng việc lập quyết định. Hệ thông tin địa lý là hệ thông tin được thiết kế để làm
việc với dữ liệu quy chiếu không gian hay tọa độ địa lý. Khái niệm hệ thông tin địa lý
được hình thành từ ba khái niệm: địa lý, thông tin và hệ thống được viết tắt là GIS. Ý
nghĩa của chúng được diễn giải như sau:
• Geographic Information System (Mỹ).
• Geographical Information System (Anh, Úc, Canada).
• Geographic Information Science (nghiên cứu lý thuyết và quan niệm của hệ
thông tin địa lý vá các công nghệ thông tin địa lý).
• Geographic Information Studies (nghiên cứu về ngữ cảnh xã hội của thông tin).
Khái niệm “địa lý” được sử dụng tại đây vì GIS trước hết liên quan đến các đặc
trưng địa lý hay không gian. Các đặc trưng này được ánh xạ hay liên quan đến các đối
tượng khơng gian. Chúng có thể là các đối tượng vật lý, văn hóa hay kinh tế trong tự
nhiên. Các đặc trưng trên bản đồ là biểu diễn ảnh của các đối tượng không gian trong
thế giới thực. Biểu tượng, màu và kiểu đường được sử dụng để thể hiện các đặc trưng
không gian khác nhau trên bản đồ 2D.
Khái niệm “thông tin” đề cập đến khối dữ liệu khổng lồ do GIS quản lý. Các đối
6
tượng thế giới thực đều có tập riêng các dữ liệu chữ-số thuộc tính hay đặc tính (cịn gọi
là dữ liệu phi hình học, dữ liệu thống kê) và các thơng tin vị trí cần cho lưu trữ, quản lý
các đặc trưng không gian.
Khái niệm “hệ thống” đề cập đến cách tiếp cận hệ thống của GIS. Mỗi trường hệ
thống GIS được chia nhỏ thành các môđun để dễ hiểu, dễ quản lý nhưng chúng được
tích hợp thành hệ thống thống nhất, tồn vẹn. Cơng nghệ thơng tin đã trở thành quan
trọng, cần thiết cho tiệm cận này và hầu hết các hệ thống thông tin đều được xây dựng
trên cơ sở máy tính.
Khái niệm “cơng nghệ thơng tin địa lý” (geographic information technology) là
công nghệ thu thập và xử lý thông tin địa lý. Chúng bao gồm ba loại cơ bản sau:
• Hệ thống định vị tồn cầu (global postioning system-GPS): đo đạc vị trí trên
mặt đất dựa trên cơ sở hệ thống các vệ tinh.
• Viễn thám (remote sensing): sử dụng vệ tinh để thu thập thông tin về trái đất.
• Hệ thơng tin địa lý (GIS).
1.1.1. Khái niệm về GIS
GIS có thể hiểu một cách đơn giản là tập hợp các thơng tin có liên quan đến yếu tố
địa lý một cách đồng bộ và logic. Như vậy, về ý tưởng nó được xuất hiện rất sớm cùng
với sự phát minh ra bản đồ. Nhưng sự hình thành rõ nét của hệ thông tin địa lý một cách
hồn chỉnh, và đưa vào ứng dụng có hiệu quả thì cũng chỉ nghiên cứu phát triển trong
một số năm gần đây.Hay nói cách khác Hệ thống thơng tin địa lý GIS là một cơng cụ
tập hợp những quy trình dựa trên máy tính để lập bản đồ, lưu trữ và thao tác dữ liệu địa
lý, phân tích các sự vật hiện tượng thực trên trái đất, dự đoán tác động và hoạch định
chiến lược. Một tập hợp có tổ chức của phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu và con
người được thiết kế để thu nhận, lưu trữ, cập nhật, thao tác phân tích làm mơ hình và
hiển thị tất cả các dạng thơng tin địa lý có quan hệ không gian nhằm giải quyết các vấn
đề về quản lý khác nhau [6].
Hiện nay có rất nhiều định nghĩa về GIS, nhưng đều có điểm giống nhau như: bao
hàm khái niệm dữ liệu không gian, phân biệt giữa hệ thông tin quản lý và GIS. So với bản
đồ thì GIS có lợi thế là lưu trữ dữ liệu và biểu diễn chúng là hai công việc tách biệt nhau.
Do vậy GIS cho khả năng quan sát từ các góc độ khác nhau trên cùng tập dữ liệu. Sau đây
là một số định nghĩa GIS hay sử dụng:
7
• Định nghĩa của dự án The Geographer’s Craft, khoa địa lý, trường đại học Texas
GIS là CSDL số chuyên dụng trong đó hệ trục tạo độ khơng gian là phương tiện
tham chiếu chính. GIS bao gồm các cơng cụ để thực hiện các cơng việc sau đây:
• Nhập dữ liệu từ bản đồ giấy, ảnh vệ tinh, ảnh máy bay, số liệu điều tra và các
nguồn khác.
• Lưu trữ dữ liệu, khai thác, truy vấn CSDL.
• Biến đổi dữ liệu, phân tích, mơ hình hóa, bao gồm các dữ liệu thống kê và dữ
liệu khơng gian.
• Lập báo cáo, bao gồm các bản đồ chuyên đề, các bảng biểu, biểu đồ và kế hoạch.
Từ định nghĩa trên ta thấy rõ ba vấn đề sau của GIS. Thứ nhất, GIS có quan hệ với
ứng dụng CSDL, tồn bộ thơng tin trong GIS đều liên kết với tham chiếu không gian,
CSDL GIS sử dụng tham chiếu không gian như phương tiện chính để lưu trữ và xâm
nhập thơng tin. Thứ hai, GIS là cơng nghệ tích hợp, hệ GIS đầy đủ có các khả năng phân
tích bao gồm phân tích ảnh máy bay, ảnh vệ tinh hay tạo lập mơ hình thống kê, vẽ bản
đồ... Cuối cùng, GIS được không chỉ xem như tiến trình phần cứng, phần mềm rời rạc
mà cịn được sử dụng vào trợ giúp quyết định [8].
• Định nghĩa của David Cowen, 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, mơ hình hóa và hiển thị các dữ liệu qui chiếu khơng gian để
giải quyết các vấn đề quản lý và lập kế hoạch phức tạp.
Độ phức tạp của thế giới thực là không giới hạn, song con người luôn mong lưu
trữ, quản lý các dữ liệu về thế giới thực thế nên phải có CSDL lớn vơ hạn để lưu trữ
thơng tin chính xác về chúng. Do vậy, để lưu trữ được dữ liệu không gian của thế giới
thực và máy tính thì phải giảm số lượng dữ liệu đến mức có thể quản lý được bằng tiến
trình đơn giản hóa hay trừu tượng hóa. Trừu tượng là đơn giản một cách thơng minh,
trừu tượng cho ta tổng qt hóa và ý tưởng hóa vấn đề đang xem xét, loại bỏ các chi tiết
dư thừa mà chỉ tập trung vào các điểm chính, cơ bản. Các đặc trưng đại lý phải được
biểu diễn bởi các thanh phần rời rạc hay các đối tượng để lưu vào CSDL máy tính [8].
8
Hình 1.1. Hệ thống tin địa lý
Ý nghĩa chủ yếu của tin học hóa thơng tin địa lý là khả năng tích hợp các kiểu và
nguồn dữ liệu khác biệt. Mục tiêu của GIS là cung cấp cấu trúc một cách hệ thống để
quản lý các thông tin địa lý khác nhau và phức tạp, đồng thời cung cấp các công cụ, các
thao tác hiển thị, truy vấn, mô phỏng... Cái GIS cung cấp là cách thức suy nghĩ mới về
khơng gian. Phân tích khơng gian khơng chỉ là truy cập mà còn cho phép khai thác các
quan hệ và tiến trình biến đổi của chúng. GIS lưu trữ thơng tin thế giới thực thành các
tầng bản đồ chuyên đề mà chúng có khả năng liên kết địa lý với nhau.
1.1.2. Các thành phần của GIS
Hệ thống thông tin địa lý bao gồm 5 thành phần như sau:
• Con người
• Dữ liêu
• Phương pháp
• Phần mềm
• Phần cứng
Các thành phần này kết hợp với nhau nhằm tự động quản lý và phân phối thông tin
thông qua biểu diễn địa lý.
Thành phần GIS
Hình 1.2. Các thành phần của GIS
9
• Con người (People): là thành phần quan trọng nhất, là nhân tố thực hiện các
thao tác điều hành sự hoạt động của hệ thống GIS.
- Người dụng GIS là những người sử dụng các phần mềm GIS để giải quyết các
bài tốn khơng gian theo mục đích của họ. Họ thường là những người được đào tạo tốt
về lĩnh vực GIS hay là các chuyên gia.
- Người xây dựng bản đồ: Sử dụng các lớp bản đồ được lấy từ nhiều nguồn khác
nhau, chỉnh sửa dữ liệu để tạo ra các bản đồ theo yêu cầu.
- Người xuất bản: Sử dụng phần mềm GIS để kết xuất ra bản đồ dưới nhiều định
dạng xuất khác nhau.
- Người phân tích: Giải quyết các vấn đề như tìm kiếm, xác định vị trí....
- Người xây dựng dữ liệu là những người chuyên nhập dữ liệu bản đồ bằng các
cách khác nhau như: vẽ bản đồ, chuyển đổi từ định dạng này sang định dạng khác, truy
nhập CSDL....
- Người quản trị CSDL là quản lý cơ sở dữ liệu GIS và đảm bảo hệ thống vận hành
tốt.
- Người thiết kế CSDL là xây dựng các mơ hình dữ liệu logic và vật lý.
- Người phát triển là xây dựng hoặc cải tạo các phần mềm GIS để đáp ứng các nhu
cầu cụ thể.
• Dữ liệu (Data):
Một cách tổng quát, người ta chia dữ liệu trong GIS thành 2 loại:
- Dữ liệu không gian (Spatial Data): Cho ta biết kích thước vật lý và vị trí địa lý
của các đối tượng trên bề mặt trái đất.
- Dữ liệu thuộc tính (Atribute Data): Là các dữ liệu ở dạng văn bản cho ta biết thêm
thơng tin thuộc tính của đối tượng.
• Phần cứng (Hardware): Là các máy tính điện tử: PC, Mini Computer,
MainFrame ... là các thiết bị mạng cần thiết khi triển khai GIS trên mơi trường mạng.
GIS cũng địi hỏi các thiết bị ngoại vi đặc biệt cho việc nhập và xuất dữ liệu như: máy
số hóa (Digitizer), máy vẽ (Plotter), máy qt (Scanner) và thiết bị định vị tồn cầu
(GPS) ...[4]
• Phần mềm (Software): Hệ thống phần mềm GIS rất đa dạng. Mỗi cơng ty xây
dựng GIS đều có hệ phần mềm riêng của mình. Tuy nhiên, có một dạng phần mềm mà
10
các công ty phải xây dựng là hệ quản trị CSDL địa lý. Dạng phần mềm này nhằm mục
đích nâng cao khả năng cho các phần mềm CSDL thương mại trong việc: sao lưu dữ
liệu, định nghĩa bảng, quản lý các giao dịch [4].
Phương pháp (Approaches): Đây 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 [4].
Cơ sỡ dữ liệu GIS:
CSDL GIS là một nhóm xác định các dữ liệu trong một cấu trúc của một phần
mềm quản lý CSDL, đó là tập hợp của các dữ liệu khơng gian và phi không gian.
Dữ liệu không gian: là những mô tả số của hình ảnh bản đồ, chúng bao gồm tạo
độ, quy luật và các ký hiệu dùng để xác định một hình ảnh cụ thể trên bản đồ.
Dữ liệu phi khơng gian (dữ liệu thuộc tính): diễn tả đặc tính, số lượng, mối quan
hệ của các hình ảnh bản đồ với vị trí địa lý của chúng.
Dữ liệu khơng gian
Dữ liệu phi không gian
Dạng thông tin
Điểm, đường, vùng, ghi chú.
Thuộc tính, tham khảo địa lý, chỉ
số địa lý, các quan hệ không gian.
Lưu trữ dạng
Tọa độ, ký hiệu, chấm điểm, quy luật hiển thị. Chữ số, ký tự...
Ví dụ tại tỉnh Savannakhet. Chúng ta có thể tách bản đồ ra thành các tầng như trong
hình vẽ dưới đây:
Hình 1.3. Tầng bản đồ
11
1.1.3. Ứng dụng công nghệ thông tin địa lý (GIS)
a. Các lĩnh vực khoa học công nghệ liên quan tới GIS
GIS được xây dựng dựa trên các tri thức của nhiều ngành khoa học khác nhau để
tạo ra một ngành khoa học mới. Trong đó:
• Ngành địa lý: là ngành liên quan mật thiết tới vấn đề hiểu thế giới và vị trí của
con người trong thế giới, cung cấp các kỹ thuật phân tích khơng gian.
• Ngành bản đồ: bản đồ chính là dữ liệu đầu vào của GIS đồng thời cũng là khuôn
mẫu quan trọng nhất của đầu ra GIS.
• Cơng nghệ viễn thám, ảnh máy bay: ảnh viễn thám và ảnh máy bay là nguồn dữ
liệu quan trọng của GIS. Viễn thám bao gồm cả kĩ thuật thu thập và xử lý dữ liệu mọi
vị trí trên địa cầu với giá rẻ, ảnh máy bay và kỹ thuật đo chính xác của chúng là nguồn
dữ liệu chính xác về độ cao bề mặt trái đất sử dụng làm đầu vào của GIS.
• Bản đồ địa hình: cung cấp dữ liệu có chất lượng cao về vị trí của ranh giới đất
đai, nhà cửa...
• Ngành đo đạc, thống kê: cung cấp các vị trí cần quản lý và các phương pháp
phân tích dữ liệu GIS. Ngành thống kê đặc biệt quan trọng trong việc hiểu các lỗi hoặc
tính khơng chắc chắn trong dữ liệu GIS.
• Khoa học tính tốn: tự động thiết kế bằng máy tính cung cấp các kỹ thuật nhập,
hiển thị, biểu diễn dữ liệu. Máy tính hoạt động như một chuyên gia trong việc thiết kế
bản đồ, phát sinh các đặc trưng bản đồ.
• Tốn học: các ngành như hình học, đồ thị được sử dụng trong thiết kế và phân
tích dữ liệu khơng gian.
b. Các lĩnh vực ứng dụng công nghệ GIS [3]
Công nghệ GIS ngày càng được sử dụng rộng rãi. GIS được ứng dụng trong nhiều
lĩnh vực khác nhau. Tuy nhiên việc liệt kê đầy đủ các lĩnh vực có ứng dụng GIS cịn khó
khăn đối với những người khi tiếp cận về GIS. Ứng Dụng mới này sẽ liệt kê các lĩnh
vực ứng dụng GIS một cách tương đối đầy đủ nhất (khoảng 15 ứng dụng khác nhau).
1. GIS trong dùng cho bản đồ
12
Bản đồ được xem như chức năng trung tâm của hệ thống GIS. Bản đồ là nơi thể
hiện trực quan của dữ liệu. Dữ liệu GIS được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu và được hiển
thị trực quan theo dạng bản đồ. Nhiều loại người khác nhau có thể sử dụng bản đồ,
khơng nhất thiết cần có kỹ năng về bản đồ hay địa lý. Các ứng dụng phổ biển hàng ngày
ta bắt gặp đó là Google Maps, Bing Maps hay Yahoo Maps…
2. GIS trong lĩnh vực viễn thông và mạng
GIS là công cụ hữu hiệu cho việc quản lý, lập kế hoạch và hỗ trợ quyết định trong
lĩnh vực viễn thơng. Ngồi mạng viễn thơng có dây, ngày nay người ta còn dựa vào dữ
liệu GIS để thiết kế mạng lưới viễn thông không dây, lập quy hoạch, tối ưu hóa, bảo trì
và vận hành hệ thống mạng.
3. GIS dùng cho phân tích tai nạn và các điểm nóng
GIS được xem như một cơng cụ hỗ trợ giảm thiểu tai nạn trên đường giao thơng, tối
ưu hóa mạng đường giao thơng hiện hữu, định vị các vị trí xảy ra tai nạn cũng như thiết
kế lại những tuyến đường là những tiện lợi của GIS.
4. Quy hoạch đô thị
Cơng nghệ GIS dùng cho việc phân tích sự phát triển về chiểu rộng cũng như hướng
của đơ thị. Tìm ra những vùng phù hợp cho phát triển đô thị. Tìm ra vùng phù hợp cần
dưa trên nhiều yếu tố, chẳng hạn nguồn cấp nước là một trong những yếu tố cần đưa vào
đánh giá.
5. Quy hoạch giao thơng
GIS có thể được áp dụng trong quản lý giao thông và ln chuyển hàng hóa
(logistic). GIS cịn hỗ trợ trong việc phân tích tìm ra con đường phù hợp nhất cần xây
mới dựa trên các tiêu chí đầu vào.
6. Phân tích tác động môi trường
Những hoạt động của con người tác động tới mơi trường, các hoạt động có thể là
xây dựng, xả thải. GIS hỗ trợ bằng việc kết hợp nhiều lớp dữ liệu từ đó đánh giá các yếu
tố tác động vào môi trường.
7. GIS trong nông nghiệp
13
GIS có thể hỗ trợ phân tích dữ liệu đất đai từ đó lựa chọn cây trồng hợp lý, phân
tích đưa ra thơng tin hữu ích từ đó hỗ trợ duy trì chế độ dinh dưỡng trong đất cho cây
trồng.
8. Quản lý thiên tai và giảm nhẹ thiên tai
GIS có thể giúp quản lý rủi ro và phân tích bằng cách hiển thị các khu vực có thể sẽ
dễ bị thiên tai hoặc sự cố do con người gây ra. Khi thiên tai được xác định, các biện
pháp phòng ngừa có thể được phát triển.
9. Khoanh vùng sạt lỡ đất
GIS có thể hỗ trợ khoanh vùng sạt lỡ theo các cấp độ khác nhau. Việc đưa ra các
cấp độ sạt lỡ là mơt q trình phức tạp, cần được phân tích từ nhiều yếu tố dữ liệu đầu
vào. GIS là cơng cụ hữu ích cho việc phân tích dựa trên các lớp dữ liệu từ đó đưa ra
những vùng có nguy cơ sạt lỡ.
10. Sử dụng đất và độ che phủ của đất
Độ che phủ đất nghĩa là tính năng mà nó bao phủ bề mặt cằn cỗi . Sử dụng đất có
nghĩa là các khu vực trên bề mặt sử dụng cho mục đích cụ thể. Vai trị của công nghệ
GIS trong sử dụng đất và các ứng dụng che phủ đất là chúng ta có thể xác định sử dụng
đất / thay đổi độ che phủ đất trong các lĩnh vực khác nhau. Ngồi ra nó có thể phát hiện
và ước tính thay đổi trong mơ hình sử dụng đất / che phủ đất theo thời gian.
11. Dẫn đường (định tuyến và lịch trình)
Lưu ý GIS khơng chỉ hỗ trợ cho các bài tốn tìm đường đơn thuần (tìm vị trí, tìm
đường đi qua một hoặc nhiều điểm). GIS cịn hỗ trợ chuyển hướng an tồn đường thuỷ,
đường sông. Giảm thiểu các mối nguy hiểm do va chạm ven biển là một ví dụ rõ nét.
12. Phân tích thiệt hại do lũ lụt
Khi lũ lụt xảy ra các cấp chính quyền có thể dùng bản đồ ngập để biết được các khu
vực bị ngập lụt cũng như các mức ngập khác nhau ở các khu vực. Các thiệt hại có thể
được ước tính tốt và có thể được hiển thị bằng bản đồ số.
13. Quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên
14
Các nguồn tài nguyên thiên nhiên có thể được quản lý tốt trên nền GIS. Quản lý
rừng hay quản lý nguồn nước là các ví dụ về ứng dụng GIS trong quản lý nguồn tài
nguyên thiên nhiên.
14. GIS trong lĩnh vực ngân hàng
GIS đóng một vai trị quan trọng cung cấp lập kế hoạch, tổ chức và ra quyết định do
vậy ứng dụng gis vào lĩnh vực ngân hàng hỗ trợ tốt hơn tiếp cận thị trường, quản lý
khách hàng là một trong nhưng yếu tố có thể áp dụng dựa trên nền tảng GIS.
15. Bản đồ thành phần đất
Bản đồ thành phần đất cung cấp thông tin tài nguyên về một khu vực quản lý. Nó
giúp trong việc tìm hiểu sự thích hợp đất cho các hoạt động sử dụng đất khác nhau. GIS
Giúp để nhận biết các loại đất trong khu vực từ đó phân định ranh giới đất. Bản đồ thành
phần đất được sử dụng rộng rãi bởi những người nông dân ở các nước đang phát triển
để giữ lại các chất dinh dưỡng của đất và thu được năng suất cây trồng tối đa.
c. Chức năng của hệ thống thông tin địa lý (gis)
Các chức năng của GIS có thể chia làm năm loại như sau:
• Thu thập dữ liệu.
• Xử lý sơ bộ dữ liệu.
• Tìm kiếm và phân tích khơng gian
• Hiển thị đồ họa và tương tác.
Sức mạnh của hệ thống GIS khác nhau là kỹ thuật xây dựng các chức năng trên cũng
rất khác nhau. Hình 1.3 mơ tả quan hệ giữa các nhóm chức năng và cách biểu diễn
thơng tin khác nhau của GIS.
