Nghiên cứu ứng dụng gis vào việc phân tuyến các trường thpt tại huyện đại lộc quảng nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

ĐOÀN HÀ HẠ QUYÊN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIS
VÀO VIỆC PHÂN TUYẾN CÁC TRƢỜNG THPT
TẠI HUYỆN ĐẠI LỘC - QUẢNG NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ HỆ THỐNG THÔNG TIN

Đà Nẵng - Năm 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

ĐOÀN HÀ HẠ QUYÊN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIS
VÀO VIỆC PHÂN TUYẾN CÁC TRƢỜNG THPT
TẠI HUYỆN ĐẠI LỘC - QUẢNG NAM

Chuyên ngành: HỆ THỐNG THÔNG TIN
Mã số: 60.48.01.04
LUẬN VĂN THẠC SĨ HỆ THỐNG THÔNG TIN

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. V T ung H ng

Đà Nẵng - Năm 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan:
Những nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn
trực tiếp của PGS.TS. Võ Trung Hùng.
Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả,
tên cơng trình, thời gian, địa điểm cơng bố.
Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, tơi xin chịu
hồn tồn trách nhiệm.
Tác giả luận văn

Đoàn Hà Hạ Quyên


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ..........................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài ...................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu .............................................................................3
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu.........................................................3
4. Phƣơng pháp nghiên cứu ......................................................................3
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ..............................................4
6. Bố cục luận văn .....................................................................................4
CHƢƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN................................................5
1.1. HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ ...................................................................5
1.1.1. Khái niệm.................................................................................................5
1.1.2. Các thành phần của GIS ..........................................................................6
1.1.3. Chức năng của GIS ..................................................................................7
1.1.4. Dữ liệu của GIS .......................................................................................8
1.1.5. Một số ứng dụng ......................................................................................8

1.2. WEBGIS ..............................................................................................................9
1.2.1. Khái niệm ................................................................................................9
1.2.2. Kiến trúc WebGIS và các bƣớc xử lý .....................................................9
1.2.3. Phân loại WebGIS .................................................................................11
1.2.4. Kiến trúc triển khai ................................................................................14
1.2.5. Các chuẩn trao đổi dữ liệu của hệ thống WebGIS ................................15
1.3. CÁC CÔNG CỤ HỖ TRỢ ................................................................................16
1.3.1. GeoServer ..............................................................................................16
1.3.2. OpenLayers ............................................................................................17
1.3.3. Apache Tomcat .....................................................................................17
1.3.4. PostgreSQL/PostGIS .............................................................................18
1.3.5. MapInfo Professional ............................................................................19


1.4. KẾT CHƢƠNG .................................................................................................19

CHƢƠNG 2. PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG .........................20
2.1. GIỚI THIỆU .....................................................................................................20
2.1.1. Mục đích của đề tài ...............................................................................20
2.1.2. Chức năng của ứng dụng .......................................................................20
2.2. PHÂN TÍCH......................................................................................................21
2.2.1. Phân tích về chức năng ..........................................................................21
2.2.2. Phân loại thơng tin .................................................................................22
2.3. KHẢO SÁT VIỆC ỨNG DỤNG GIS TRONG GIÁO DỤC ...........................22
2.3.1. Quản lý giáo dục....................................................................................22
2.3.2. Cơ sở dữ liệu địa lý - công cụ ra quyết định .........................................26
2.4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG....................................................................................28
2.4.1. Khái quát chức năng của module Website ............................................28
2.4.2. Mơ hình xử lý tổng qt ........................................................................28
2.4.3. Quy trình xử lý phía client ....................................................................30

2.4.4. Quy trình xử lý phía server ....................................................................30
2.4.5. Chức năng của ứng dụng client và server..............................................31
2.5. CÁC ĐỐI TƢỢNG CHÍNH CỦA WEBSITE ..................................................31
2.5.1. Quản trị ..................................................................................................31
2.5.2. Khách viếng thăm ..................................................................................32
2.6. MƠ HÌNH THIẾT KẾ WEBSITE ....................................................................33
2.6.1. Mơ hình Use Case..................................................................................33
2.6.2. Mơ hình ngữ cảnh..................................................................................34
2.6.3. Mơ hình luồng dữ liệu ...........................................................................35
2.7. ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP .....................................................................................35
2.7.1. Định hƣớng cơng nghệ ..........................................................................35
2.7.2. Mơ hình ứng dụng .................................................................................37
2.8. KẾT CHƢƠNG .................................................................................................37


CHƢƠNG 3. PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG..................................................38
3.1. XÂY DỰNG BẢN ĐỒ .....................................................................................38
3.1.1. Số hóa bản đồ.........................................................................................38
3.1.2. Các cách số hóa .....................................................................................40
3.1.3. Quy trình số hóa bản đồ ........................................................................41
3.1.4. Xây dựng bản đồ ...................................................................................43
3.2. XÂY DỰNG ỨNG DỤNG TRỰC TUYẾN ....................................................45
3.2.1.Đƣa bản đồ vào Server của PostgreSQL ................................................45
3.2.2. Chuyển dữ liệu lên GeoServer bằng PostgreSQL .................................50
3.3. DEMO CHƢƠNG TRÌNH ...............................................................................54
3.4. ĐÁNH GIÁ VIỆC TRIỂN KHAI .....................................................................57
3.5. KẾT CHƢƠNG .................................................................................................57

KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ...................................................58
TÀI LIỆU THAM KHẢO

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao)


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Tiếng Việt
CNH – HĐH

Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa

CSDL

Cơ sở dữ liệu

THPT

Trung học phổ thông

UBND

Ủy ban nhân dân

Tiếng Anh
DBMS

Database Management System

GIS

Geographic Information System

HTTP

HyperText Transfer Protocol

HTML

HyperText Markup Language

ODBC

Open Database Connectivity

PHP

Personal Home Page

SLD

Styled Layer Description

TOPP

The Open Planning Project

WWW

World Wide Web

WMS

Web Map Service

WCS

Web Coverage Service

WFS

Web Feature Service

XML

Extensible Markup Language


DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu
bảng

Tên bảng

Trang

2.1.

Đặc tả Use Case của đối tƣợng ngƣời dùng

33

2.2.

Đặc tả Use Case của đối tƣợng Admin

34

3.1.

Bảng dữ liệu trƣờng học

45


DANH MỤC CÁC HÌNH

Số hiệu

Tên hình

hình

Trang

1.1.

Hệ thống tin địa lý

5

1.2.

Các thành phần của hệ thống thơng tin địa lý

6

1.3.

Các nhóm chức năng của GIS

8

1.4.

Kiến trúc WebGIS

10

1.5.

Quy trình hiển thị bản đồ trên GeoServer

17

1.6.

Giao diện làm việc của MapInfo

19

2.1.

Mơ hình hóa các chức năng

21

2.2.

Sơ đồ cơ cấu quản lý giáo dục quốc dân Việt Nam hiện

24

nay
2.3.

Mơ hình xử lí tổng qt của ứng dụng

29

2.4.

Quy trình xử lý phía client

30

2.5.

Quy trình xử lý phía server

30

2.6.

Mơ hình Use Case

33

2.7.

Mơ hình ứng dụng

34

2.8.

Mơ hình luồng dữ liệu mức 1

35

2.9.

Mơ hình luồng dữ liệu mức 2

35

2.10.

Cấu trúc hệ thống WebGIS bằng cơng nghệ GeoServer

36

3.1.

Quy trình số hóa bản đồ

41

3.2.

Chọn Register cho bản đồ

42

3.3.

Chọn hệ tọa độ chuẩn cho bản đồ

42

3.4.

Bản đồ sau khi số hóa

43


3.5.

Lớp giao thơng

44

3.6.

Lớp sơng, suối

44

3.7.

Lớp hành chính xã

44

3.8.

Tab "Properties" của New Database

46

3.9.

Cơ sở dữ liệu huyện Đại Lộc

47

3.10.

Cửa sổ MapInfo Professional

47

3.11.

Hộp thoại đƣa shapefile lên Databases

48

3.12.

Hộp thoại Import Options

49

3.13.

Cơ sở dữ liệu trong Databases dailoc

50

3.14.

Hộp thoại tạo Workspaces

51

3.15.

Hộp thoại tạo các lớp dữ liệu

52

3.16.

Hộp thoại chọn hệ tọa độ trong GeoServer

52

3.17.

Code tạo kiểu hiển thị (style)

53

3.18.

Code tạo kiểu hiển thị hành chính huyện

53

3.19.

Lớp (layer) hành chính huyện đƣợc chọn kiểu hiển thị

54

(style)
3.20.

Trang giới thiệu

54

3.21.

Lựa chọn trƣờng cần xem giới thiệu

55

3.22.

Cách lựa chọn bản đồ

55

3.23.

Giao diện trang xem bản đồ

56

3.24.

Giao diện kết quả tìm kiếm

56


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Giáo dục phổ thông giữ một vai trò quan trọng trong tạo dựng mặt bằng
dân trí, đáp ứng những yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội của mỗi quốc gia.
Cuộc cách mạng khoa học công nghệ phát triển nhanh, tri thức và thông tin
trở thành yếu tố hàng đầu và là nguồn tài nguyên có giá trị nhất. Các quốc gia
trên thế giới ngày nay đều coi giáo dục và đào tạo là nhân tố quyết định sự
phát triển bền vững của mỗi quốc gia. UNESCO đã chỉ rõ "Khơng có một sự
tiến bộ và thành đạt nào có thể tách khỏi sự tiến bộ và thành đạt trong lĩnh
vực giáo dục hoặc không đủ tri thức và khả năng cần thiết để làm giáo dục
một cách có hiệu quả thì số phận của quốc gia đó coi như an bài và điều đó
cịn tồi tệ hơn cả sự phá sản". Điều đó đặt ra yêu cầu rất cao đối với nền giáo
dục nƣớc nhà.
Đất nƣớc ta đang trên con đƣờng bƣớc vào thời kỳ cơng nghiệp hóa, hiện
đại hóa với mục tiêu đến năm 2020 Việt Nam từ một nƣớc nông nghiệp trở
thành nƣớc công nghiệp, hội nhập cộng đồng quốc tế. Nhân tố quyết định đến
thắng lợi của công cuộc CNH - HĐH và hội nhập quốc tế là con ngƣời, là
nguồn lực con ngƣời Việt Nam phải đƣợc phát triển về số lƣợng và chất
lƣợng trên cơ sở mặt bằng dân trí đƣợc nâng cao. Vì vậy phải chăm lo đến
nguồn lực ngƣời, chuẩn bị lớp ngƣời lao động có những phẩm chất và năng
lực đáp ứng địi hỏi của giai đoạn mới, việc này phải đƣợc bắt đầu từ giáo dục
phổ thông trong các nhà trƣờng.
Đối với Quảng Nam, việc quản lý giáo dục có nhiều biến đổi rõ rệt. Sự
đóng góp tích cực của cơng nghệ thơng tin đã làm giảm đáng kể thời gian,
công sức của cán bộ ngành, góp phần nâng cao hiệu quả cơng tác so với
cách quản lý truyền thống trƣớc đây. Tuy nhiên, khó khăn về kinh tế - vật


2

chất, cũng nhƣ những hạn chế trong khả năng ứng dụng của cơng nghệ thơng
tin nói chung và ngành giáo dục nói riêng đã tác động khơng nhỏ đến việc
quản lý.
Việc ứng dụng những thành tựu của công nghệ thông tin vào hoạt động
dạy và học là một cơ hội lớn đối với ngành giáo dục của Tỉnh. Tuy nhiên,
thách thức mà ngành gặp phải là không hề nhỏ. Đặc biệt, đổi mới trong công
tác quản lý, điều hành của nhà trƣờng, Sở giáo dục và đào tạo đang là một địi
hỏi bức thiết. Vì thơng tin đƣợc lƣu trữ theo phƣơng pháp truyền thống có thể
thấy có nhiều vấn đề bất lợi, bất lợi về thời gian tìm kiếm, về tính cập nhật
cũng nhƣ lƣu trữ, độ tin cậy.
Tuyển sinh đầu cấp về việc chọn trƣờng, điều kiện tuyển sinh trái tuyến,
trƣờng có tên tuổi... của các cấp học ln là một vấn đề nóng. Tình trạng "nơi
thiếu trị, trƣờng không đủ chỗ" vẫn xảy ra ở nhiều trƣờng, nhiều cấp học ở
các tỉnh trong cả nƣớc. Ngày 18 tháng 4 năm 2014 Bộ Giáo dục và Đào tạo đã
ban hành thông tƣ hƣớng dẫn Quy chế tuyển sinh trung học cơ sở và tuyển
sinh trung học phổ thông áp dụng cho các đối tƣợng đã hồn thành chƣơng
trình tiểu học. Tuy nhiên, trên địa bàn có nhiều trƣờng, nhiều phụ huynh vẫn
chƣa thật sự hiểu rõ mình ở khu vực này thì nên nộp vào trƣờng nào cho đúng
tuyến, mình có thể nộp hồ sơ cho con chung với bạn xóm bên đƣợc khơng...
Rất nhiều câu hỏi đƣợc đặt ra và cần giải quyết nhƣng không phải lúc nào
cũng tất cả các câu hỏi đƣợc giải quyết một cách dễ dàng, nhanh nhất.
Đƣa GIS vào quản lý giáo dục mang tính ứng dụng cao. Hệ thống thơng
tin địa lý (Geographic Information System - gọi tắt là GIS) ngày nay là công
cụ trợ giúp quyết định trong nhiều hoạt động kinh tế - xã hội, an ninh quốc
phòng của nhiều quốc gia trên thế giới. GIS có khả năng giúp các cơ quan
chính phủ, các nhà quản lý, các doanh nghiệp, các cá nhân... đánh giá đƣợc
hiện trạng của các quá trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua


3

các chức năng thu nhập, quản lý, phân tích, truy vấn và tích hợp các thơng tin
đƣợc gắn với một nền hình học (bản đồ) nhất quán trên cơ sở tọa độ của dữ
liệu vào. Việc đƣa GIS vào quản lý giáo dục ở huyện Đại Lộc - tỉnh Quảng
Nam hiện nay còn khá mới mẻ, nhƣng với những đặc tính ƣu việt của GIS đã
đƣợc kiểm chứng ở hầu hết mọi lĩnh vực và công tác tuyển sinh là một công
việc thƣờng xuyên của các trƣờng THPT. Hiện nay, việc phân tuyến tuyển
sinh ở huyện Đại Lộc do UBND huyện quy định căn cứ theo thông tƣ của Bộ
Giáo dục và Đào tạo, có thể khẳng định việc "Nghiên cứu ứng dụng GIS
vào việc phân tuyến các t ƣờng THPT tại huyện Đại Lộc - Quảng Nam"
là hoàn toàn khả thi.
Các phần mềm GIS đƣợc xây dựng hiện nay khá nhiều, nhƣng phổ biến
hơn cả là WebGIS và MapInfo. WebGIS và MapInfo cũng là phần mềm đƣợc
lựa chọn trong q trình hồn thiện luận văn của tác giả.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu của đề tài là tìm hiểu công nghệ WebGIS và ứng dụng WebGIS
vào xây dựng hệ thống thông tin hỗ trợ việc phân tuyến cho các trƣờng THPT
trên địa bàn huyện Đại Lộc - tỉnh Quảng Nam.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài gồm: Công nghệ GIS; Ứng dụng
WebGIS để xây dựng Website bản đồ thể hiện vị trí, tọa độ các địa điểm
trƣờng THPT; Các kỹ thuật liên quan đến ngôn ngữ thiết kế Website; Một số
bài báo và luận văn tốt nghiệp khóa trƣớc.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Trong q trình thực hiện đề tài, tơi đã sử dụng một số phƣơng pháp nhƣ
sau: Phƣơng pháp tài liệu: thu thập tài liệu, tiếp cận nghiên cứu, tìm hiểu về
cơ sở dữ liệu địa lý, hệ thống thông tin địa lý (GIS), phần mềm hỗ trợ cho


4

phát triển các ứng dụng GIS; Phƣơng pháp bản đồ (thành lập một số bản đồ
chiết suất từ bộ cơ sở dữ liệu đƣợc thành lập).
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Về khoa học: Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần xây dựng cơ sở
khoa học cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý chuyên đề phục vụ cho việc
phân tuyến các trƣờng THPT.
Về thực tiễn: Đề tài sẽ góp phần xây dựng một Website để tiện cho việc
tra cứu, tìm kiếm thơng tin các trƣờng THPT giúp đỡ cho q trình nộp hồ sơ
đƣợc chính xác.
6. Bố cục luận văn
Báo cáo của luận văn đƣợc tổ chức thành 3 chƣơng chính:
Chương 1. Nghiên cứu tổng quan
Trong chƣơng này, tôi tập trung trình bày các nội dung: Khái niệm về
GIS; các thành phần của GIS và đặc điểm của nó; giới thiệu một số phần mềm
thông dụng hiện nay cho xây dựng ứng dụng của GIS.
Chương 2. Phân tích và thiết kế hệ thống
Đây là một chƣơng quan trọng trong đề tài. Trong chƣơng này tơi giới
thiệu mục đích cũng nhƣ chức năng của ứng dụng và phần quan trọng là phân
tích và thiết kế hệ thống nhƣ: thiết kế các mô hình xử lý tổng qt, mơ hình
ánh xạ bản đồ số hóa sang hình ảnh, các quy trình xử lý trên server, client...
Cuối chƣơng, tơi trình bày việc chọn lựa giải pháp để định hƣớng công nghệ.
Chương 3. Phát triển ứng dụng
Trong chƣơng này, tôi chọn lựa phƣơng pháp để số hóa bản đồ và xác
định quy trình để số hóa bản đồ giấy thành bản đồ số bằng cách sử dụng
MapInfo. Sau đó, thiết kế giao diện cho trang Web, sử dụng công nghệ
Geoserver để phát triển và cài đặt ứng dụng.


5

CHƢƠNG 1
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
Trong chƣơng này, tôi tập trung trình bày các nội dung: Khái niệm về
GIS, các thành phần của GIS và đặc điểm của nó; giới thiệu một số phần mềm
thông dụng hiện nay cho xây dựng ứng dụng của GIS; cuối chƣơng là giới
thiệu một vài ứng dụng của GIS đã triển khai trong thực tế.
1.1. HỆ THỐNG THƠNG TIN ĐỊA LÝ
1.1.1. Khái niệm
Hệ thống thơng tin địa lý (GIS - Geographic Information System) là hệ
thống thông tin đƣợc thiết kế để làm việc với dữ liệu quy chiếu không gian
hay tọa độ địa lý. Khái niệm Hệ thống thơng tin địa lý đƣợc hình thành từ ba
khái niệm địa lý, thông tin và hệ thống, đƣợc viết tắt là GIS. [2]

Hình 1.1. Hệ thống tin địa lý
Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông thƣờng nhƣ cấu
trúc hỏi đáp và các phép phân tích thống kê, phân tích địa lý, trong đó phép
phân tích địa lý và hình ảnh đƣợc cung cấp duy nhất từ các bản đồ.
- Đây là một phƣơng pháp trực quan hóa, thao tác, phân tích và hiển thị
dữ liệu không gian.
- Là “bản đồ thông minh” nhờ việc liên kết cơ sở dữ liệu với bản đồ.


6

- Việc trực quan hóa bản đồ và liên kết với dữ liệu có ý nghĩa rất lớn
trong việc quản lý thơng tin địa lý. Vì khối lƣợng dữ liệu rất lớn nên cần phải
có một hệ thống có thể tổ chức, quản lý tốt - đó chính là GIS.
- Việc trực quan dữ liệu sẽ giúp ngƣời dùng dễ đọc, dễ hiểu, dễ phân
tích.

1.1.2. Các thành phần của GIS
GIS đƣợc kết hợp bởi năm thành phần chính: phần cứng, phần mềm, dữ
liệu, con ngƣời và phƣơng pháp [2].

Hình 1.2. Các thành phần của hệ thống thông tin địa lý
Hardware (Phần cứng): gồm máy tính và các thiết bị ngoại vi: máy in,
GPS, Scanner,....
Software (Phần mềm): Cung cấp các chức năng và các công cụ cần thiết
để lƣu giữ, phân tích và hiển thị thơng tin địa lý. Các thành phần chính trong
một phần mềm GIS là:
- Cơng cụ nhập và thao tác trên các thông tin địa lý,
- Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS),


7

- Cơng cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý,
- Giao diện đồ họa ngƣời - máy (GUI) để truy cập các công cụ dễ dàng.
Data (Dữ liệu): Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ
thống thông tin địa lý là dữ liệu. Các dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính liên
quan có thể đƣợc ngƣời sử dụng tự tập hợp hoặc đƣợc mua từ nhà cung cấp
dữ liệu. GIS kết hợp dữ liệu không gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí
có thể sử dụng DBMS để tổ chức lƣu giữ và quản lý dữ liệu.
People (Con người): GIS sẽ bị hạn chế nếu khơng có con ngƣời tham gia
quản lý hệ thống và phát triển những ứng dụng GIS trong thực tế. Ngƣời sử
dụng GIS có thể là những chuyên gia kỹ thuật, ngƣời thiết kế và duy trì hệ
thống, hoặc những ngƣời dùng GIS để giải quyết các vấn đề trong công việc.
Methods (Phương pháp): Hệ thống thông tin địa lý cung cấp những
phƣơng pháp quản lý CSDL kiểu khơng gian và phi khơng gian riêng có của nó.
1.1.3. Chức năng của GIS

Các chức năng của GIS có thể chia làm năm loại nhƣ sau [5]:
- Thu thập dữ liệu.
- Xử lý sơ bộ dữ liệu.
- Lƣu trữ và truy nhập dữ liệu.
- Tìm kiếm và phân tích khơng gian
- Hiển thị đồ họa và tƣơng tác.


8

Tài liệu, bản đồ giấy

Hiện tƣợng quan sát
Thu thập dữ liệu

Dữ liệu thơ

Xử lý sơ bộ
dữ liệu thơ

CSDL

Tìm kiếm và
phân tích

Ngƣời sử dụng

Hình 1.3. Các nhóm chức năng của GIS
1.1.4. Dữ liệu của 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 không gian và phi
không gian.
- Dữ liệu không gian: là những mơ 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 lƣợng,
mối quan hệ của các hình ảnh bản đồ với vị trí địa lý của chúng.
1.1.5. Một số ứng dụng
Vì GIS đƣợc thiết kế nhƣ một hệ thống chung để quản lý dữ liệu không
gian, nó có rất nhiều ứng dụng trong việc phát triển đô thị và môi trƣờng tự


9

nhiên nhƣ là: quy hoạch đô thị, quản lý nhân lực, nơng nghiệp, điều hành hệ
thống cơng ích, lộ trình,.... Trong phần lớn các lĩnh vực này, GIS đóng vai trị
nhƣ là một cơng cụ hỗ trợ quyết định cho việc lập kế hoạch hoạt động:
- Mơi trƣờng
- Khí tƣợng thuỷ văn
- Nơng nghiệp
- Dịch vụ tài chính
- Y tế
- Chính quyền địa phƣơng
- Bán lẻ và phân phối
- Giao thông
- Các ngành điện, nƣớc, gas, điện thoại...
1.2. WEBGIS
1.2.1. Khái niệm
WebGIS là một hệ thống thông tin địa lý đƣợc phân bổ qua mơi trƣờng
mạng máy tính để tích hợp, phân phối và truyền tải thông tin địa lý trực diện

trên WWW (World Wide Web) thông qua Internet [6].
Yêu cầu của WebGIS là phải có phần mềm chạy trên nền độc lập, sử
dụng mạng theo tiêu chuẩn TCP/IP có thể kết nối Internet và trình duyệt Web.
1.2.2. Kiến trúc WebGIS và các bƣớc xử lý
a. Kiến trúc WebGIS
Kiến trúc xuất bản Web của hệ thống thông tin dữ liệu không gian cũng
gần giống nhƣ kiến trúc dành cho một hệ thống thơng tin Web cơ bản khác,
ngoại trừ có ứng dụng GIS sử dụng các kỹ thuật khác. Có nhiều dạng của việc
xuất bản Web cho thông tin không gian, phần phức tạp nhất sẽ đƣợc trình bày
ở đây để có cái nhìn tổng qt hơn về kiến trúc của chúng.


10

Cơ sở dữ liệu không gian sẽ đƣợc dùng để quản lý và truy xuất dữ liệu
không gian đƣợc đặt trên Data Server. Nơi lƣu trữ (Clearing house) đƣợc
dùng để lƣu trữ và duy trì siêu dữ liệu (dữ liệu về dữ liệu – metadata) về dữ
liệu không gian tại những Data Server khác nhau. Dựa trên những thành phần
quản lý dữ liệu, ứng dụng Server và mơ hình Server đƣợc dùng cho ứng dụng
hệ thống có tính tốn thơng tin không gian thông qua các hàm cụ thể. Tất cả
kết quả tính tốn của ứng dụng Server sẽ đƣợc gởi đến Web Server để thêm
vào các gói HTML, gởi cho phía Client và hiển thị nơi trình duyệt Web.
Với hình minh họa dƣới đây, tất cả các thành phần đều đƣợc kết nối
nhau thơng qua mạng Internet:

Hình 1.4. Kiến trúc WebGIS
b. Các bước xử lý
B1. Client gửi yêu cầu của ngƣời sử dụng thông qua giao thức HTTP đến
Web Server.

11

B2. Web Server nhận yêu cầu của ngƣời dùng gửi đến từ phía client, xử
lý và chuyển tiếp yêu cầu đến ứng dụng trên server có liên quan.
B3. Application server (chính là các ứng dụng GIS) nhận các yêu cầu cụ
thể đối với ứng dụng và gọi các hàm có liên quan để tính tốn xử lý. Nếu có
u cầu dữ liệu nó sẽ gửi yêu cầu dữ liệu đến data exchange server (server
trao đổi dữ liệu)...
B4. Data exchange server nhận u cầu dữ liệu và tìm kiếm vị trí của
những dữ liệu này sau đó gửi yêu cầu dữ liệu đến server chứa dữ liệu (data
server ) tƣơng ứng cần tìm.
B5. Data server dữ liệu tiến hành truy vấn lấy ra dữ liệu cần thiết và trả
dữ liệu này về cho data exchange server.
B6. Data exchange server nhận dữ liệu từ nhiều nguồn data server khác
nhau nằm rải rác trên mạng. Sắp xếp dữ liệu lại theo logic của yêu cầu dữ
liệu, sau đó gửi trả dữ liệu về cho application server.
B7. Application server nhận dữ liệu trả về từ các data exchange server và
đƣa chúng đến các hàm cần sử dụng, xử lý chúng tại đây và kết quả đƣợc trả
về cho Web server.
B8. Web Server nhận về kết quả xử lý, thêm vào các ngữ cảnh Web
(HTML, PHP...) để có thể hiển thị đƣợc trên trình duyệt và cuối cùng gửi trả
kết quả về cho trình duyệt dƣới dạng các trang Web.
1.2.3. Phân loại WebGIS
a. Theo kiến trúc
Internet theo triết lý dựa trên kiến trúc khách/chủ (Client/Server). Sự kết
hợp giữa Client /Server sẽ cho ra các trang WebGIS có các chức năng khác
nhau [6]:
- Thuần Se ve

Máy chủ (Server) sẽ đảm nhiệm tất cả các công việc

bao gồm lƣu trữ và phân tích dữ liệu.


12

- Thuần Client Máy khách đƣợc cung cấp các chức năng để xử lý các
yêu cầu về GIS để giảm bớt công việc cho máy chủ.
- Kết hợp Se ve và Client Có thể kết hợp bằng cách dữ liệu lƣu trên
máy chủ, các chức năng xử lý đặt tại máy khách. Cũng có thể kết hợp bằng
cách máy chủ cung cấp các chức năng, dữ liệu lƣu ở máy khách. Hoặc cũng
có thể kết hợp theo cách dữ liệu và chức năng vừa lƣu ở máy chủ, vừa cung
cấp các chức năng xử lý đơn giản cho máy khách…
b. Phân loại theo kỹ thuật
- Thuần HTML Thuật ngữ “thuần HTML” dùng để chỉ những trang
WebGIS đƣợc tạo ra bằng cách sử dụng các khả năng của HTML (HyperText
Markup Language – ngôn ngữ siêu văn bản), không dùng các phần mở rộng
từ phía máy chủ (Server side extensions) hoặc các Scripts. Các phần tử của nó
chỉ sử dụng các liên kết đơn giản (simple link) và các hình ảnh. Các chức
năng của nó đƣợc thực hiện thơng qua cấu trúc liên kết HTML chỉ cho phép
dùng các hình ảnh dạng raster, vì vậy chỉ có những bản đồ raster mới đƣợc
phân phối trên nó. Ƣu điểm của kỹ thuật này là: thứ nhất chỉ cần dùng các
Server thấp để xử lý, vì Server ở đây làm việc nhƣ là một WebServer dùng
phân phối các trang HTML và các hình ảnh. Thứ hai, không cần phần mềm
GIS nào chạy trong lúc thực thi các yêu cầu của ngƣời dùng. Thứ ba, phía
máy khách chỉ cần dùng trình duyệt Web chuẩn. Nhƣợc điểm: chỉ dùng cho
các nhiệm vụ có cấu trúc đơn giản.
- HTML với các chƣơng t ình thực thi t ên Se ve : Trái ngƣợc với
giải pháp “thuần HTML”, đây là giải pháp tạo ra một trang HTML WebGIS

do một chƣơng trình đang chạy trên Server, chƣơng trình này có khả năng đáp
ứng đầy đủ các yêu cầu. Máy khách gửi một yêu cầu đến WebServer, chƣơng
trình trên máy chủ sẽ nhận đƣợc yêu cầu này và tạo ra kết quả riêng, kết quả
này có thể là một bản đồ (raster) hoặc là một trang HTML. Các tham số có thể


13

đƣợc gửi kèm đến chƣơng trình, các tham số này đƣợc lấy từ các thành phần
của trang HTML nhƣ text boxs, combo boxs, radio button,.. Khi chuyển đến
máy chủ, toạ độ của điểm click trên bản đồ cũng đƣợc chuyển kèm theo. Vì
vậy các chƣơng trình trên máy chủ sẽ xử lý các hành động tƣơng ứng với tọa
độ điểm click. Ngƣời dùng có thể phóng to, thu nhỏ, dịch chuyển hoặc thực
hiện các hành động tại các điểm click trên bản đồ chính xác. Kết nối giữa
WebServer và các chƣơng trình trả lời có thể thực hiện thơng qua CGI
(Common Gateway Interface) hoặc bất cứ giao diện nào đƣợc cung cấp mà
giao tiếp đƣợc với Web Server.
- Các giải pháp dựa t ên JAVA Java là ngôn ngữ lập trình độc lập
có thể đƣợc phiên dịch bởi trình duyệt Web. Chƣơng trình Java sẽ đƣợc tải về
trình duyệt của máy khách khi cần thiết. Chƣơng trình Java (applets) sẽ khởi
động và có thể yêu cầu dữ liệu cần thiets từ máy chủ. Nói chung giải pháp
dựa trên Java rất uyển chuyển bởi nó tránh đƣợc những giới hạn của HTML
thuần. Ƣu điểm của việc dùng Java là công việc có thể thực thi trên máy
khách mà khơng cần phải truyền về máy chủ. Nhƣợc điểm là việc sử dụng
Java để giải quyết công việc hiện nay trên mạng là rất chậm, một số ứng dụng
Java không hoạt động sau bức tƣờng lửa.
c. Phân loại theo dịch vụ
Theo Claus Rinner (viện địa tin học, đại học tổng hợp Muenster, Đức)
thì có 5 loại dịch vụ WebGIS sau [6]:
- Geodata Server: Chỉ lƣu trữ dữ liệu địa lý và cung cấp dữ liệu cho

máy khách khi có u cầu thơng qua Internet. Máy khách tải dữ liệu về và
dùng các chƣơng trình GIS trên máy khách để xử lý dữ liệu. Ƣu điểm của
dịch vụ này là dữ liệu có sẵn mà khơng cần phải số hố.


14

- Map Server: Lƣu trữ dữ liệu và cung cấp các bản đồ thông qua
WWW, kèm theo một số chức năng nhƣ Zoom, Pan và một số tham số nhƣ
hiển thị lớp, lựa chọn màu sắc. Ở đây máy chủ xử lý toàn bộ, máy khách chỉ
hiển thị các bản đồ do máy chủ cung cấp.
- Online Retrieval System: Phân phối các bản đồ chuyên đề và một số
hàm phân tích. Khi sử dụng các hàm này, kết quả sẽ trả về cho máy khách, dữ
liệu trả về ở đây là dữ liệu đã đƣợc phân tích.
- Online GIS: Lớn hơn Online Retrieval System vì nó có khả năng
thực hiện các chức năng phân tích thực (real analysis functions) trên các tiến
trình của dữ liệu đƣa vào.
- GIS Function Server: Giống nhƣ Online GIS nhƣng chỉ khác là GIS
Function Server không chứa dữ liệu, nếu Online GIS chỉ trả về dữ liệu thì GIS
Function Server trả về các chƣơng trình phân tích nhỏ để máy khách có thể xử
lý. GIS Function Server cung cấp các chức năng GIS giải quyết trên dữ liệu
do ngƣời dùng Upload lên hoặc cung cấp các hàm phân tích cho máy khách
download về. Nhƣ vậy việc phân tích khơng gian khơng cịn giới hạn ở việc
dữ liệu lƣu trên máy chủ.
1.2.4. Kiến trúc triển khai
Trong mơ hình hoạt động của WebGIS đƣợc chia ra 2 phần hoạt động ở
phía client (client side) và các hoạt động xử lý ở phía server (server side)
- Client side: Client-side đƣợc dùng để hiển thị kết quả đến cho ngƣời
dùng, nhận các điều khiển trực tiếp từ ngƣời dùng và tƣơng tác với Web server
thơng qua trình duyệt Web. Các trình duyệt Web sử dụng chủ yếu HTML để

định dạng trang Web. Thêm vào đó một vài plug-in, ActiveX và các mã Applet
đƣợc nhúng vào trình duyệt để tăng tính tƣơng tác với ngƣời dùng


15

- Server side: Gồm có: Web server, Application server, Data server và
Clearinghouse Server. Server-side có nhiệm vụ lƣu trữ dữ liệu, xử lý tính tốn
và trả về kết quả (dƣới dạng hiển thị đƣợc) cho client-side.
 Web server: Web server đƣợc dùng để phục vụ cho các ứng dụng
Web, Web server sử dụng nghi thức HTTP để giao tiếp với trình duyệt Web ở
phía client. Tất cả các u cầu từ phía client đối với ứng dụng Web đều đƣợc
Web server nhận và thơng dịch và sau đó gọi các chức năng của ứng dụng
thông qua các giao tiếp mạng nhƣ MAPI, Winsock, namped pipe…
 Application server: Đây là phần chƣơng trình gọi các hàm xử lý GIS,
gửi yêu cầu lấy dữ liệu đến Clearing House.
 Data server: Data server là phần cơ bản của hầu hết các hệ thống
thông tin với nhiệm vụ quản lý và điều khiển truy cập dữ liệu. Ban đầu, đa số
GIS sử dụng File System để quản lý dữ liệu không gian và DBMS (Database
Management System) để quản lý dữ liệu thuộc tính. Ngày nay có nhiều sản
phẩm và giải pháp phần mềm thay thế để quản lý dữ liệu khơng gian và thuộc
tính chung nhƣ SDE của ESRI, SpatialWare của MapInfo … Nhìn chung các
cơ sở dữ liệu sử dụng đều là các cơ sở dữ liệu quan hệ, và trong tƣơng lai sẽ
thay thế bằng cơ sở dữ liệu hƣớng đối tƣợng.
 Clearing House: Clearing House đƣợc sử dụng để chứa các dữ liệu về
không gian đƣợc quản lý bởi các data server. Clearing House đóng vai trị nhƣ
một cuốn catalog, nó tìm kiếm trong catalog này các dữ liệu cần tìm.
1.2.5. Các chuẩn t ao đổi dữ liệu của hệ thống WebGIS
Tổ chức OGC đã đƣa ra ba chuẩn dịch vụ truy cập thơng tin địa lý mang
tính chuẩn hóa cao là: Web Map Service (WMS), Web Feature Service

(WFS) và Web Coverage Service (WCS). Ngồi ra cịn có các chuẩn khác
nhƣ GeoParser và GeoCoder. Trong đó, hai chuẩn WMS và WFS là hai chuẩn
cơ bản đƣợc sử dụng rất nhiều nhằm cung cấp các dịch vụ biểu diễn các thông
tin địa lý ra ảnh bản đồ và truy vấn các dữ liệu địa lý đó.