Sử dụng công nghệ web gis trong quản lý giao thông thành phố

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGUYỄN THÁI SƠN

SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ WEB-GIS
TRONG QUẢN LÝ GIAO THÔNG THÀNH PHỐ

Chuyên ngành: Kỹ thuật Trắc địa
Mã số: 60.52.85

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS Đoàn Thị Xuân Hương

Hà Nội – 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGUYỄN THÁI SƠN

SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ WEB-GIS
TRONG QUẢN LÝ GIAO THÔNG THÀNH PHỐ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội – 2010

1

LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu riêng của tôi. Các số liệu, kết
quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình
nào khác.

Tác giả luận văn

Nguyễn Thái Sơn


2

MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan …….....................................................……….............................

1

Mục lục…….....................................................……….......................................

2

Danh mục các thuật ngữ, các chữ viết tắt………………………………............

5

Danh mục các bảng biểu…….....................................................………............

6

Danh mục các hình vẽ, đồ thị…….....................................................………….

7

MỞ ĐẦU……………………………………………………………................

10

Chương 1
CƠ SỞ DỮ LIỆU GIAO THÔNG…………………...………………………

13

1.1 Cơ sở dữ liệu ……………………………………………..……………......

13

1.1.1 Khái niệm về cơ sở dữ liệu ………………………………………..…….

13

1.1.2 Hệ quản trị cơ sở dữ liệu ……………………..……………………….....

14

1.1.3 Các mơ hình cơ sở dữ liệu ……………………………………………….

15

1.2 Phân tích các nghiên cứu về cơ sở dữ liệu giao thơng ………….…………

18

1.2.1 Khái qt tình hình xây dựng và quản lý cơ sở dữ liệu trên thế giới…….

18

1.2.2 Nghiên cứu về cơ sở dữ liệu địa lý ở Việt Nam …..…………………….

21

1.2.3 Một số kết quả nghiên cứu về cơ sở dữ liệu giao thông ở Việt Nam……

22

1.3 Đặc điểm và sự cần thiết phải xây dựng cơ sở dữ liệu giao thông…………

26

1.3.1 Đặc điểm cơ sở dữ liệu giao thông……………………………………….

26

1.3.2 Sự cần thiết phải xây dựng cơ sở dữ liệu giao thơng…………………….

28

Chương 2
TỔNG QUAN VỀ THƠNG TIN ĐỊA LÝ VÀ CƠNG NGHỆ WEBGIS

29

2.1 Hệ thống thơng tin địa lý...............................................................................

29

2.1.1 Giới thiệu hệ thống thông tin địa lý………………………………………

29

2.1.2 Các thành phần của hệ thống thông tin .…………………………………

30


3

2.1.3 Cơ sở dữ liệu GIS và khả năng ứng dụng của GIS………………………

36

2.2 Một số phần mềm GIS hiện nay……………………………………………

45

2.2.1 Một số phần mềm GIS……………………………………………………

45

2.2.2 Một số định dạng dữ liệu GIS phổ biến…………………………………

46

2.3 Công nghệ WebGIS và khả năng ứng dụng………………………………..

48

2.3.1 Giới thiệu WebGIS………………………………………………………

48

2.3.2 Mơ hình xử lý và kiến trúc triển khai WebGIS………………………….

49

2.4 Các chuẩn trao đổi WebGIS hiện nay……………………………………..

61

2.4.1 Vấn đề trong việc trao đổi dữ liệu của hệ thống WebGIS……………….

61

2.4.2 Giải pháp cho vấn đề chia sẻ dữ liệu ……………………………………

62

Chương 3
CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA LÝ GEODATABASE VÀ CÔNG NGHỆ ARCGIS
SERVER …………………………………………………………………………….

66

3.1 Cơ sở dữ liệu địa lý Geodatabase………………………………………….

66

3.1.1. Giới thiệu Geodatabase…………………………………………………

66

3.1.2. Các thành phần của Geodatabase……………………………………….

68

3.1.3 Các phương pháp xây dựng Geodatabase.................................................

70

3.2 Công nghệ ArcGIS Server…………………………………………………

71

3.2.1 Giới thiệu chung…………………………………………………………

71

3.2.2 Những đặc điểm chính của ArcGIS Server………………………………

72

3.2.3 Những tính năng của ArcGIS Server…………………………………….

74

3.2.4 Hệ thống của ArcGIS Server…………………………………………….

80

3.2.5 ArcSDE Geodatabase…………………………………………………….

83

3.2.6 Microsoft SQL Server……………………………………………………

87

3.3 Công nghệ WebGIS của ArcGIS Server…………………………………..

88

3.3.1. Giới thiệu ArcIMS………………………………………………………

88

3.3.2 Phát triển WebGIS trên ArcGIS Server………………………………….

90


4

Chương 4
THỰC NGHIỆM……………………………………………………………..

102

4.1 Mục đích và yêu cầu thực nghiệm................................................................

102

4.1.1 Mục đích…………………………………………………………………

102

4.1.2 u cầu…………………………………………………………………..

102

4.2 Giới thiệu chung về giao thơng Hà Nội……………………………………

103

4.2.1 Vị trí địa lý……………………………………………………………….

103

4.2.2 Khí hậu…………………………………………………………………..

104

4.2.3 Địa hình…………………………………………………………………..

105

4.2.4 Sơng ngịi………………………………………………………………… 105
4.2.5 Dân cư……………………………………………………………………

106

4.2.6 Giao thơng………………………………………………………………..

106

4.2.7 Văn hóa – Du lịch………………………………………………………..

107

4.3 Xây dựng cơ sở dữ liệu giao thông Hà Nội..................................................

108

4.3.1 Mô tả cơ sở dữ liệu giao thông Hà Nội trên ArcGIS.................................

108

4.3.2 Mơ hình cơ sở dữ liệu................................................................................

111

4.3.3 Chuẩn hóa cơ sở dữ liệu bản đồ.................................................................

111

4.4 Xây dựng hệ thống ArcGIS Server...............................................................

113

4.4.1 Xây dựng hệ cơ sở dữ liệu nhiều người dùng...........................................

113

4.4.2 Đưa cơ sở dữ liệu quản lý trên ArcGIS Server………………………….

118

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………….…….................. 127
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................

129


5

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CSDL

Cơ sở dữ liệu

DBMS

Database Management System

DEM

Digital Elevation Model

DTM

Digital Terrain Model

EIA

Environmental Impact Assessment

GIS

Geographical Information Systems

HTTT

Hệ thống thông tin

HTTTĐL

Hệ thống thông tin địa lý

LIS

Land information systems

MDL

MicroStation Development Language

RAM

Random access Memory

ROM

Read only Memory

SOC

Server Object Containers

SOM

Server Object Manager

SQL

Structure Query Language

TIN

Triangulated Irregular Network

TOC

Table of contents

URL

Uniform Resource Locator


6

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Chiến thuật Server-side.................................................................................56
Bảng 2.2 Công việc tại Client với chiến thuật Client side…………………………….59
Bảng 3.1 So sánh mơ hình Geodatabase nhiều người dùng và một người dùng……...68
Bảng 4.1 Thông tin về dữ liệu sử dụng………………………………………………108
Bảng 4.2 Thơng tin về các lớp thuộc tính………...………………………………….109


7

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Biểu diễn bản đồ A bằng mơ hình phân cấp……………….….…...………..16
Hình 1.2 Biểu diễn bản đồ A bằng mơ hình lưới…………...………………………...17
Hình 1.3 Biểu diễn bản đồ A bằng mơ hình quan hệ………...…………………….…18
Hình 1.4 Minh họa CSDL HTGT đã được xây dựng………………………………….24
Hình 1.5 Minh họa cơ sở dữ liệu Hà Nội(1)...………………………………………...27

Hình 1.6 Minh họa cơ sở dữ liệu Hà Nội(2)...………………………………………...27
Hình 2.1 Các thành phần của hệ thống thơng tin……………………………………..30
Hình 2.2 Kiến trúc WebGIS…………………………………………………………..50
Hình 2.3 Các dạng u cầu từ phía Client…………………………………………….51
Hình 2.4 Cấu hình Server Side………………………………………………………..54
Hình 2.5 Cấu hình Client Side……………………………………………..………….57
Hình 2.6 Tích hợp xử lý GIS vào trình duyệt………………..………………………..58
Hình 2.7 Kết hợp Client side và Server side…..………………………………………60
Hình 2.8 Dữ liệu GIS trong kiến trúc WebGIS đơn thể………..…………….………..61
Hình 2.9 Chia sẻ dữ liệu GIS giữa các nhóm ứng dụng…...…………………………..62
Hình 2.10 Các chức năng của một WMS………………………………………….…..63
Hình 2.11 Các tham số trong chuỗi URL thực hiện chức năng GetMap…………...…64
Hình 3.1 Mơ hình cơ sở dữ liệu khơng gian của ESRI………………………………..67
Hình 3.2 Phân tích, xử lý……………………………………………………………...75
Hình 3.3 Nhóm sử dụng các ứng dụng Web…………………………………………..77
Hình 3.4 Nhóm phát triển các ứng dụng và dịch vụ Web……………………………..78


8

Hình 3.5 Nhóm sử dụng các sản phẩm ArcGIS Desktop……………………………...78
Hình 3.6 Nhóm phát triển ArcGIS Desktop, ArcGIS Engine…………………………79
Hình 3.7 Nhóm quản lý Server………………………………………………………..80
Hình 3.8 Hệ thống của ArcGIS Server………………………………………………..81
Hình 3.9 Hệ thống của GIS Server……………………………………………………82
Hình 3.10 Hệ thống của ArcGIS Desktop………………………………………..…...83
Hình 3.11 Hệ thống ứng dụng của ArcGIS Server……………………………………90
Hình 3.12 Phát triển ứng dụng Web với ngơn ngữ .NET……………………………..92
Hình 3.13 MapViewer Template……………………………………………………...93
Hình 3.14 Search Template……………………………………………………………93

Hình 3.15 Page Layout template………………………………………………………94
Hình 3.16 Geocoding template………………………………………………………..95
Hình 3.17 Thematic Template…………………………………………………………95
Hình 3.18 Buffer Selection template…………………………………………………..96
Hình 4.1 Vị trí địa lý Thành phố Hà Nội.....................................................................104
Hình 4.2 Mơ hình cơ sở dữ liệu...................................................................................111
Hình 4.3 Quy tắc của polyline......................................................................................112
Hình 4.4 Cài đặt các Service và Instant…………………………………………...…113
Hình 4.5 Cài đặt trình quản lý database: Microsoft SQL Server Management Studio….114

Hình 4.6 Tạo cơ sở dữ liệu và service cho ArcSDE…………………………………114
Hình 4.7 Tạo liên kết cơ sở dữ liệu……………………………………………….….115
Hình 4.8 ArcSDE Geodatabase trên giao diện ArcCatalog………………………….116


9

Hình 4.9 Cấu trúc Domain và Subtype………………………………………………117
Hình 4.10 Tạo Network Dataset……………………………………..………………118
Hình 4.11 Thực hiện quá trình Post Install của ArcGIS Server………………..……118
Hình 4.12 Tạo user SOM và SOC…………………………………………………...119
Hình 4.13 Tạo tài khoản đăng nhập ArcGIS Server…………………………………119
Hình 4.14 Cấu hình bản đồ trên ArcMap……………………………………………120
Hình 4.15 Xuất bản dữ liệu lên ArcGIS Server……………………………………..121
Hình 4.16 Lựa chọn tệp bản đồ *.mxd………………………………………………122
Hình 4.17 Tạo Map Service và Network Analyst Service..........................................123
Hình 4.18 Quản lý các service trên ArcGIS Server....................................................123
Hình 4.19 Lựa chọn Web Mapping Application và ngơn ngữ phát triển...................124
Hình 4.20 Giao diện lập trình WebGIS bằng Visual Studio.......................................125
Hình 4.21 Giao diện WebGIS hỗ trợ cơng cụ tìm đường (Routing)...........................126

Hình 4.22 Tìm đường với ArcGIS Server...................................................................126


10

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Phát triển giao thông đáp ứng các mục tiêu phát triển kinh tế, xã hội và mơi
trường đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2050, làm cơ sở để phát triển bền vững, theo
hướng hiện đại hóa, góp phần phát triển kinh tế, cải thiện tình hình giao thơng, lợi ích
quốc gia và hài hịa lợi ích giữa các vùng, các ngành.
Khai thác sử dụng hệ thống giao thông đường bộ hợp lý, phục vụ đa mục tiêu,
thống nhất theo hệ thống mạng lưới giao thơng, khơng chia cắt theo địa giới hành
chính. Khai thác sử dụng đi đôi với phát triển hệ thống giao thông đường bộ.
Xuất phát từ những vấn đề trên, tôi thực hiện luận văn: “ Sử dụng công nghệ
Web-GIS trong quản lý giao thơng thành phố”.
2. Mục đích và nhiệm vụ của đề tài:
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Web GIS để hỗ trợ giải quyết một số vấn đề
về giao thơng:
+ Đề xuất qui trình xây dựng cơ sở dữ liệu giao thông thành phố Hà Nội
+ Đề xuất qui trình đưa cơ sở dữ liệu giao thông thành phố Hà Nội lên Internet
bằng công nghệ WebGIS phục vụ mục đích chia sẻ cơ sở dữ liệu cho nhiều người sử
dụng.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đề tài tập trung vào việc xây dựng cơ sở dữ liệu giao thông khu vực Hà Nội.
Dữ liệu thu thập được là bản đồ địa hình của Hà Nội, dựa vào bản đồ tác giả xây
dựng cơ sở dữ liệu cho bản đồ giao thông Hà Nội, đồng thời có đi thực tế thu thập các
dữ liệu, thơng tin của các tuyến giao thông.
Luận văn nghiên cứu một số vấn đề:

11

+ Xây dựng cơ sở dữ liệu cho bản đồ giao thơng từ nguồn dữ liệu đã có sẵn và
có được cập nhật cho phù hợp đặc điểm của bản đồ giao thông.
+ Nghiên cứu WebGIS để đưa bản đồ lên hệ thống Internet nhằm sử dụng bản
đồ một cách có hiệu quả.
4. Nội dung đề tài:
+ Tìm hiểu cơng nghệ Web GIS.
+ Lựa chọn công nghệ (ArcGIS Server).
+ Thử nghiệm và kết luận.
5. Phương pháp nghiên cứu
+ Tổng hợp và kế thừa các thành quả nghiên cứu ứng dụng của các đề tài, dự
án ứng dụng tại các cơ quan nghiên cứu sản xuất.
+ Sử dụng thiết bị, công nghệ, phần mềm hiện có và các thành quả sản xuất của
các đơn vị để thực nghiệm.
+ Phân tích, đánh giá từ lý thuyết và thực nghiệm về những vấn đề nghiên cứu
trong phạm vi đề tài.
6. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Góp phần bổ sung khả năng ứng dụng của công nghệ Web GIS trong công tác
quản lý giao thông thành phố.
7. Cấu trúc của luận văn
Luận văn được trình bày trong 4 chương với 129 trang A4 và 57 hình.
Có được kết quả này trước hết tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Đồn
Thị Xn Hương đã tận tình hướng dẫn trong suốt q trình nghiên cứu và hồn thành
luận văn.


12

Xin chân thành cảm ơn Bộ môn Trắc địa phổ thông và Sai số, trường ĐH Mỏ Địa chất đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ nhiều mặt để tác giả hoàn thành luận
văn.
Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường ĐH Mỏ - Địa chất, Phòng Đại
học và Sau Đại học và Khoa Trắc địa – Trường ĐH Mỏ - Địa chất đã tạo mọi điều
kiện thuận lợi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Một lần nữa xin chân thành cảm ơn những tập thể, cá nhân đã hết sức quan tâm
giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn này.
Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các nhà khoa học, các đồng
nghiệp và bạn đọc để luận văn được hoàn thiện hơn.


13

Chương 1
CƠ SỞ DỮ LIỆU GIAO THÔNG
1.1 Cơ sở dữ liệu
1.1.1 Khái niệm về cơ sở dữ liệu
Cơ sở dữ liệu (CSDL) là tuyển tập các dữ liệu không dư thừa về các đối tượng
và các hiện tượng cần được quản lý, đang có mặt hoặc xảy ra trên bề mặt trái đất. Các
dữ liệu (data) này được sắp xếp thành một hệ thống thông tin. Các dữ liệu này có khả
năng trao đổi và biến đổi để phục vụ cho đa ngành, nhiều người sử dụng và để sử dụng
cho các mục đích khác như quản lý cũng như các nghiên cứu khác nhau.
CSDL không gian là tuyển tập các dữ liệu tham khảo không gian, hoạt động như
một mơ hình thực tế, phục vụ cho những mục đích xác định. Các CSDL được tổ chức
có cấu trúc dưới dạng các tệp tin (Files) hoặc các bảng (Tables). Xây dựng một CSDL
có nghĩa là xây dựng và kết hợp phần cứng, phần mềm, các kho lưu trữ, các dữ liệu để
tạo ra khả năng thao tác và quản lý dữ liệu. Các CSDL nói chung đều có khả năng
nhập, xuất, chế tác, chuyển đổi, cập nhật, sửa chữa thông tin. CSDL cịn làm nhiệm vụ
duy trì và bảo quản thông tin của các đối tượng được quản lý ở các tệp tin trong máy
tính hoặc các thiết bị lưu trữ ngồi.

Các thơng tin phải được tổ chức một cách rất chặt chẽ và có cấu trúc khoa học
để đảm bảo cho việc tìm lại chúng một cách nhanh chóng và có thể sử dụng chúng một
cách thuận tiện thơng qua các công cụ phần mềm quản trị dữ liệu.
Các thơng tin đều được lưu trữ theo mơ hình có cấu trúc nhất định, nhằm mục
đích giúp đỡ cho người dùng có thể khơi phục lại mối quan hệ giữa các đối tượng được
quản lý trong tự nhiên một cách nhanh chóng, người sử dụng lại cịn có thể tiến hành
thực hiện các phép tốn như phân tích, thống kê hay tính tốn các phép tính đại số trên
các dữ liệu đã lưu trữ.


14

Nhiều CSDL kết nối với nhau để tạo thành một hệ thống thơng tin. Hệ thống
thơng tin đó có thể là một hệ thống thơng tin địa lý hay cịn là GIS hoặc hệ thống thông
tin đất đai (LIS),…
1.1.2 Hệ quản trị cơ sở dữ liệu
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu là hệ thống quản lý, lưu trữ, bảo trì tồn bộ cơ sở dữ
liệu. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu cũng cung cấp các công cụ cho phép người dùng hỏi
đáp, tra cứu và tác động vào cơ sở dữ liệu.
Một hệ thống GIS chuyên nghiệp, dữ liệu cần được lưu trữ trên hệ quản trị cơ sở
dữ liệu, danh sách dưới đây cung cấp các hệ quản trị cơ sở dữ liệu có hỗ trợ GIS.
DB2 – Hệ quản trị cơ sở dữ liệu của hãng IBM, cho phép lưu trữ và truy vấn
không gian trên hầu hết các kiểu dữ liệu địa lý. ESRI hỗ trợ cầu nối ArcSDE cho DB2.
Informix – Hệ quản trị cơ sở dữ liệu của hãng IBM, cho phép lưu trữ và truy vấn
không gian trên hầu hết các kiểu dữ liệu địa lý thông qua module Informix Spatial
DataBlade
Microsoft SQL Server 2008 – Tham gia vào lĩnh vực dữ liệu địa lý khá trể so với
các hệ quản trị cơ sở dữ liệu khác. Tuy nhiên SQL server bắt đầu hỗ trợ các hàm thao
tác trên dữ liệu địa lý cũng như đọc/ ghi các kiểu dữ liệu này.
Oracle Spatial – Cho phép người sử dụng thực hiện các tác vụ phức tạp trên dữ

liệu địa lý, hỗ trợ các kiểu dữ liệu không gian trong môi trường Oracle. Hầu hết các
phần mềm GIS thương mại đều cho phép đọc và hiệu chỉnh dữ liệu không gian lưu trữ
trong Oracle.
PostGIS – Mở rộng của hệ quản trị cơ sở dữ liệu mã nguồn mở PostgreSQL,
hỗ trợ truy vấn không gian. PostGIS hỗ trợ các kiểu dữ liệu không gian như points,
linestrings,

polygons,

multipoints,

multilinestrings,

multipolygons

and


15

geometrycollections. Hỗ trợ các tác vụ trên không gian như diện tích, khoảng cách,
chiều dài, đường kính. Hỗ trợ phân tích khơng gian như hợp, giao, tạo bộ đệm…
Boeing's Spatial Query Server - Kết hợp với hệ quản trị Sybase để lưu trữ và
truy vấn dữ liệu không gian.
1.1.3 Các mơ hình cơ sở dữ liệu
Cùng với sự phát triển của công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) đã có
nhiều mơ hình tổ chức dữ liệu địa lý khác nhau từ mơ hình cơ sở dữ liệu địa lý dạng
file đến mơ hình cơ sở dữ liệu địa lý quan hệ và gần đây là mơ hình cơ sở dữ liệu địa lý
hướng đối tượng.
Mơ hình cơ sở dữ liệu dạng file sử dụng hai cơ chế khác nhau để tổ chức dữ liệu

địa lý. Dữ liệu không gian thường được tổ chức theo đơn vị thông tin (layer) trong
những file dữ liệu riêng rẽ, dữ liệu phi khơng gian (dữ liệu thuộc tính) thường được tổ
chức trong các bảng dữ liệu trong một cơ sở dữ liệu quan hệ. Hiện nay hầu hết các giải
pháp hệ thông tin địa lý thương mại đều hỗ trợ dạng tổ chức dữ liệu này như: định dạng
shape file, coverage của ESRI, định dạng TAB, MAP của Mapinfo…
Mơ hình tổ chức cơ sở dữ liệu địa lý dạng quan hệ sử dụng các khái niệm và
công nghệ cơ sở dữ liệu quan hệ để thiết kế và tổ chức các cơ sở dữ liệu địa lý. Với mơ
hình này các lớp thông tin địa lý (bao gồm cả dữ liệu không gian và phi không gian) sẽ
được tổ chức trong một hoặc nhiều bảng dữ liệu trong một cơ sở dữ liệu quan hệ được
quản trị bởi một phần mềm quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ (hệ quản trị cơ sở dữ liệu
quan hệ). Hiện nay hầu hết các giải pháp thông tin địa lý thương mại đều hỗ trợ mơ
hình cơ sở dữ liệu địa lý dạng này như: mơ hình Geodatabase của ESRI, mơ hình
Spatialware của Mapinfo…
Mơ hình tổ chức cơ sở dữ liệu địa lý dạng quan hệ - đối tượng sử dụng những
khái niệm và công nghệ cơ sở dữ liệu quan hệ - đối tượng để thiết kế và tổ chức cơ sở


16

dữ liệu địa lý. Đây là một mơ hình mới hiện vẫn đang trong thời kỳ nghiên cứu hoàn
thiện và hiện tại chưa được hỗ trợ nhiều trong các giải pháp hệ thơng tin địa lý thương
mại.
1. Mơ hình phân cấp (HIERACHICAL)
Mơ hình dữ liệu là một cây, trong đó các nút biểu diễn các tập thực thể, giữa
các nút con và nút mẹ được liên hệ theo một mối quan hệ xác định. Điểm nổi bật trong
các thủ tục truy xuất đến một đối tượng trong mơ hình phân cấp là đường dẫn đi từ gốc
đến phần tử cần xét trong cây phân cấp.

Hình 1.1 Biểu diễn bản đồ A bằng mơ hình phân cấp
Mơ hình phân cấp khá phù hợp với những hình thức tổ chức phân cấp trong

xã hội. Thường gặp trong các hệ thống máy tính là mơ hình quản lý thư mục
2. Mơ hình lưới (Network Model)
Mơ hình dữ liệu kiểu lưới là mơ hình cho phép dùng một mơ hình đồ thị trực
tiếp và đơn giản cho dữ liệu.
Để dễ dàng minh hoạ và phân biệt giữa mơ hình phân cấp và mơ hình lưới,
xem xét ví dụ sau đây:
Cho một bản đồ A đơn giản gồm 2 đa giác I và II được xác định bởi tập hợp


17

các đường thẳng trong đó có được một đường chung của 2 đa giác. Mỗi đường thẳng
được xác định bởi các cặp toạ độ.

Hình1.2 Biểu diễn bản đồ A bằng mơ hình lưới
Mơ hình lưới và mơ hình phân cấp nói chung là khá bất tiện cho lưu trữ và
khai thác xử lý bởi vì toạ độ các điểm, một số cạnh phải lưu trữ nhiều lần (như ví dụ
trên các cạnh c phải lưu trữ 2 lần) v.v... gây nên sự dư thừa dữ liệu. Ngồi ra, hệ thống
cịn phải cần lưu trữ một số lớn các con trỏ móc nối gây nên phức tạp trong q trình
cập nhật, biến đổi dữ liệu, đặc biệt khi thêm bớt một cạnh hoặc một một đỉnh nào đó.
3. Mơ hình quan hệ (Relational Model)
Mơ hình này dựa trên cơ sở khái niệm lý thuyết tập hợp của các quan hệ.
Thuận lợi của mơ hình quan hệ là được hình thức hố tốn học chặt chẽ do đó các
xử lý, thao tác với dữ liệu là dễ dàng, có tính độc lập dữ liệu cao. Cấu trúc dữ liệu đơn
giản mềm dẻo trong xử lý và dễ dàng cho người sử dụng. Đặc biệt các phép tính cập
nhật dữ liệu cho mơ hình quan hệ nói chung là ít phức tạp hơn nhiều so với các mơ
hình khác.
Một cách đơn giản hơn có thể hiểu mối quan hệ là một bảng 2 chiều tệp độc
lập, trong đó mỗi cột (trường) là một thuộc tính, mỗi hàng (bộ) là một đối tượng.
Trong ví dụ trên, có cấu trúc các quan hệ (bảng) như sau:

18

Hình 1.3 Biểu diễn bản đồ A bằng mơ hình quan hệ
Trong 3 loại mơ hình nêu trên thì mơ hình quan hệ có nhiều ưu điểm và được
nhiều người quan tâm hơn cả. Bởi lẽ, mơ hình dữ liệu quan hệ có tính độc lập rất cao,
lại dễ dàng sử dụng. Điều quan trọng hơn cả, mơ hình quan hệ được hình thức hố
tốn học tốt, do đó được nghiên cứu, phát triển và cho được nhiều kết quả lý thuyết
cũng như ứng dụng trong thực tiễn.
Trên cơ sở mơ hình dữ liệu quan hệ, đến nay đã phát triển thêm một số loại mơ
hình khác nhằm mơ tả và thể hiện thế giới thực một cách chính xác và phù hợp hơn
như mơ hình quan hệ thực thể (Entily Relationship model), mơ hình dữ liệu hướng đối
tượng (Object Oriented Model).
1.2 Phân tích các nghiên cứu về cơ sở dữ liệu giao thơng
1.2.1 Khái qt tình hình xây dựng và quản lý cơ sở dữ liệu trên thế giới
Trong tiến trình phát triển kinh tế - xã hội, để đạt được một mục đích nào đó,
con người cần phải có những quyết định chính xác và kịp thời. Những quyết định đó
thường được thực hiện sau khi thu thập thông tin, dữ liệu của thế giới thực và phân tích
xử lý nó theo một quan điểm nào đó. Những quyết định này tác động trực tiếp hoặc
gián tiếp trở lại thế giới thực theo khuynh hướng của người xử lý và đưa ra quyết định.


19

Nếu quyết định ấy tác động đến thế giới thực tạo ra nhiều kết quả có lợi hơn cho con
người thì quyết định ấy được đánh giá là tốt. Nguợc lại, nếu quyết định tác động lên thế
giới thực sinh ra nhiều hậu quả có hại cho con người hơn thì quyết định ấy được đánh
giá là xấu.
Theo quan điểm thơng tin, tiến trình nói trên thể hiện một sự tuần hoàn của dữ

liệu: dữ liệu từ thế giới thực được thu thập, lưu trữ, phân tích, xử lý và ra quyết định.
Trên luồng dữ liệu ấy, kết quả của bước sau phụ thuộc vào kết quả của bước trước:
quyết định phụ thuộc vào kết quả phân tích và quan điểm của người ra quyết định, kết
quả phân tích phụ thuộc vào chất lượng dữ liệu và khả năng của người phân tích. Chất
lượng dữ liệu được đề cập ở đây bao gồm độ chính xác, tính thời gian của dữ liệu. Chất
lượng dữ liệu phụ thuộc vào thiết bị, công nghệ, khả năng và tinh thần trách nhiệm của
người thu thập dữ liệu, phụ thuộc vào công nghệ, khả năng của thiết bị lưu trữ bảo
quản dữ liệu.
Cho đến nay, phương tiện truyền thống để hiển thị và lưu trữ dữ liệu địa lý là
bản đồ. Trên bản đồ, các thực thể trong không gian thế giới thực được biểu diễn bằng
đường nét, hình vẽ, chữ viết, ký hiệu v.v…, vị trí địa lý của các đối tượng được xác
định trong một hệ thống tọa độ Đề Các hai chiều. Với những bản đồ giấy truyền thống,
các phép phân tích định lượng đơn giản như đo chiều dài, diện tích có thể được thực
hiện bằng những dụng cụ đơn giản như thước đo hoặc planimeter. Các bài tốn phân
tích vùng cũng có thể thực hiện bằng cách chồng ghép các bản đồ chuyên đề được vẽ
lên giấy trong suốt hoặc giấy mờ.
Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ thông tin, đặc biệt là từ khi xuất hiện
ngành đồ họa vi tính cũng như sự gia tăng vượt bậc những khả năng phần cứng, hệ
thống thông tin địa lý (GIS) đã ra đời và phát triển nhanh chóng cả về mặt công nghệ
cũng như ứng dụng. Hệ thống thông tin địa lý đã chứng tỏ khả năng ưu việt hơn hẳn
các hệ thông tin bản đồ truyền thống nhờ vào khả năng tích hợp thơng tin mật độ cao,
cập nhật thông tin dễ dàng cũng như khả năng phân tích, tính tốn của nó. Do đó, hệ


20

thống thơng tin địa lý đã nhanh chóng trở thành một công cụ trợ giúp quyết định cho
tất cả các ngành từ qui hoạch đến quản lý, tất cả các lĩnh vực từ tài nguyên thiên nhiên,
môi trường, đất đai, hạ tầng kỹ thuật đến xã hội nhân văn. Có thể nói ngày nay khơng
có lĩnh vực nào khơng có hoặc khơng thể ứng dụng cơng nghệ GIS. Cũng chính vì thế,

cơng nghệ thơng tin địa lý (cơng nghệ GIS) được tiếp cận từ nhiều hướng khác nhau và
do đó cũng có nhiều định nghĩa khác nhau về GIS.
GIS (Geographics Information System) Hệ thống thông tin địa lý ra đời từ đầu
thập niên 60 trong các cơ quan địa chính ở Canada, và suốt thời gian hai thập niên 60 70 GIS cũng chỉ được một vài cơ quan chính quyền khu vực Bắc Mỹ quan tâm nghiên
cứu, cho mãi đến đầu thập niên 80, khi phần cứng máy tính phát triển mạnh với những
tính năng cao, giá lại rẻ; đồng thời sự phát triển nhanh về lý thuyết và ứng dụng cơ sở
dữ liệu cùng với nhu cầu cần thiết về thông tin đã làm cho công nghệ GIS càng ngày
được quan tâm hơn.
Sự phát triển nhanh của công nghệ máy tính đồng thời với những kết quả của
các thuật toán nhận dạng xử lý ảnh, và cơ sở dữ liệu đã tạo điều kiện cho công nghệ
thông tin địa lý ngày càng phát triển.
Có nhiều cơng trình nghiên cứu cho thấy vai trò quan trọng của GIS trong việc
quản lý, xử lý các vấn đề kinh tế, xã hội và mơi trường, ... Vì vậy, phần mềm GIS hiện
nay được bán rất nhanh mặc dù người sử dụng đang gặp một vài trở ngại do các hệ
thống không tương thích nhau vì chưa có tiêu chuẩn thống nhất, và đặc biệt là các
chương trình giảng dạy GIS ngày càng được phổ biến và chuẩn hóa.
Tính đến nay, trên thế giới đã hình thành nhiều cơ quan nghiên cứu GIS với qui
mô lớn, nhiều hướng tiếp cận và mục tiêu khác nhau:
- RRL (Regional Research Laboratory) thành lập vào tháng 2/1987 ở Anh bắt
đầu với 4 trung tâm, tiếp theo sau đó vào năm 1988 RRL nhận được sự tài trợ của


21

ESRC (Advisory Board for Reseach Council) và một số trường đại học, tổ chức thương
mại. Từ đó, RRC phát triển thành trung tâm nghiên cứu chuyên biệt nhắm vào các nội
dung quản lý cơ sở dữ liệu, phát triển phần mềm và phân tích khơng gian.
- NCGIA (National Central for Geographic Information and Analysis) thành lập
từ năm 1988 được Quỹ khoa học quốc gia Hoa Kỳ (US NSF) cấp kinh phí. NCGIA
triển khai theo 5 hướng nghiên cứu: Phân tích và thống kê không gian; quan hệ giữa

không gian và cấu trúc dữ liệu trí tuệ nhân tạo và các hệ chuyên gia; trình bày hình
ảnh; những đề tài kinh tế, xã hội, văn hóa. Những đề tài của NCGIA mang nặng tính
chất hàn lâm, đi sâu vào bản chất kỹ thuật và phương pháp luận.
NEXPRI (Dutch Expertise Central for Spatial Data Analysis) thành lập vào
tháng 1 năm 1989 và được Uỷ ban khoa học quốc gia Hà Lan cấp kinh phí. NEXPRI
có hai trung tâm: “Centre of Expetise” chun tài trợ cho những đề tài phát triển, ứng
dụng GIS và phân tích khơng gian; trong khi đó, trung tâm “Research Foundation” sắp
xếp những nghiên cứu, huấn luyện về GIS để phối hợp với những đề tài tương tự khác
ở Hà Lan. NEXPRI xác định bốn hướng nghiên cứu chính là: lý thuyết về phân tích
khơng gian; đánh giá định lượng về đất; sự di chuyển của vật chất và ô nhiễm; phát
triển những phương pháp và kỹ thuật GIS.
1.2.2 Nghiên cứu về cơ sở dữ liệu địa lý ở Việt Nam
Ở Việt nam, GIS đã được xem xét ứng dụng ngay sau những bước biến đổi lớn
trong quá trình đổi mới chuyển sang nền kinh tế thị trường. Đặc biệt, từ những năm sau
1995, các nhà cung cấp công nghệ lớn trong lĩnh vực này như ESRI, Intergraph,
MapInfo, AutoDesk... đã tích cực tăng cường sự hiện diện với nhiều hoat động giới
thiệu công nghệ. Các tổ chức cung cấp tài chính quốc tế với ý thức được tầm khả dụng
của cơng nghệ này, cũng rất nhiệt tình cung cấp các khoản hỗ trợ tài chính cho nghiên
cứu ứng dụng công nghệ GIS. Các đơn vị cung cấp công nghệ và dịch vụ trong nước
cũng rất hăng hái tuyên truyền cho GIS. Các cơ quan quản lý nhà nước, đặc biệt tại TP


22

HCM và Hà nội, cũng đã đặc biệt chú ý xây dựng các dự án ứng dụng công nghệ GIS
vào các lĩnh vực quản lý nhà nước, quản lý đô thị. Kết quả là đã cho ra đời nhiều báo
cáo nghiên cứu khả thi về ứng dụng GIS, cả do các tổ chức tư vấn quốc tế thực hiện, cả
do các đơn vị trong nước thực hiện. Rất nhiều cuộc hội thảo cả ở mức thành phố, cả ở
mức quốc gia, đã được tổ chức. Các kết luận được đưa ra tại các báo cáo cũng như các
cuộc hội thảo đều khẳng định sự cần thiết cũng như tính khả thi của việc ứng dụng

công nghệ GIS.
1.2.3 Một số kết quả nghiên cứu về cơ sở dữ liệu giao thông ở Việt Nam
Thật đáng tiếc là sau rất nhiều nỗ lực của rất nhiều tổ chức, cá nhân, cũng như
đã tiêu tốn khơng ít tiền của từ các nguồn khác nhau, mọi chuyện đang dần đi vào quên
lãng. Cả hai dự án mục đích lớn là HanoiGIS cho ứng dụng GIS tại Hà nội và HCM
GIS (trước đó gọi là SaigonGIS) cho ứng dụng GIS tại TP HCM đều đã chìm xuồng,
cịn các cơng ty chun về GIS thì hiện hầu hết đã ngậm ngùi chuyển hướng sang các
lĩnh vực chun ngành khác. Lý do thì có nhiều, như cuộc tranh cãi không dứt về công
nghệ cần lựa chọn (chủ yếu giữa Intergraph với GEOMEDIA và ESRI với ARCINFO
hay tự xây dựng phần mềm nguồn mở), là sự mơ hồ về khả năng có được bộ dữ liệu
đầy đủ, đầu tiên là dữ liệu bản đồ nền, rồi đến là các dữ liệu chuyên ngành cần thiết, kế
đến nữa là sự không tin tưởng vào khả năng phối hợp, vận hành một hệ thống tích hợp
đa ngành giữa các cơ quan quản lý.
Khơng thể nói rằng mọi cố gắng đều đã đổ sông đổ biển: khá nhiều hệ thống
ứng dụng nhỏ lẻ ở mức chuyên ngành hẹp đã được xây dựng trong suốt thời gian vừa
qua, cũng có tác dụng ở mức vừa phải đối với công tác quản lý, đặc biệt đối với các
lĩnh vực bắt buộc phải dùng thông tin dựa trên nền bản đồ. Tuy vậy, thật đáng thất
vọng là một cơng cụ mang tính tích hợp tổng thể như GIS lại không được triển khai
ứng dụng ở quy mơ tích hợp tổng thể. Trong bối cảnh như vậy, thật đáng khích lệ là sự


23

cố gắng tiếp tục đưa GIS vào triển khai ứng dụng ở những lĩnh vực, những cơ quan nào
mà tính khả thi, tính thiết thực đã được chứng tỏ cụ thể bằng thực tiễn.
Ở Việt Nam đã có một vài phần mềm của một số đơn vị cho phép tìm kiếm vị trí
các con đường, điểm du lịch, cơ sở lưu trú, nơi ăn uống giải trí, nơi mua sắm, trung tâm
lữ hành, cơ sở giáo dục và y tế, cơ quan hành chính, ngân hàng... trên các lớp bản đồ đã
được số hóa. Một trong các phầm mềm đó là GISHue TourMap được phát triển trên
hạt nhân của phiên bản Phần mềm tìm đường và các điểm du lịch thành phố Huế HSHueMap 1.0 do Trung tâm Công nghệ Phần mềm Thừa Thiên Huế xây dựng năm 2004

với các cơ sở dữ liệu GIS cập nhật do Công ty đo đạc ảnh địa hình APT cung cấp và
trên cơ sở các cấu trúc chuẩn GIS được xây dựng bởi Công ty Tin học eK. Sản phẩm
này đã được ba đơn vị nỗ lực cho ra đời kịp trước khai mạc Festival Huế 2006 nhằm
giúp du khách thuận tiện trong việc tra cứu các thông tin du lịch khi đến Huế. Dữ liệu
TourMap được xây dựng từ dữ liệu nền địa hình tỷ lệ 1:2000 cho thành phố Huế và
1:25000 cho tồn tỉnh Thừa Thiên Huế. Đặc biệt có một lớp khơng ảnh của thành phố
Huế được tích hợp vào phần mềm làm cho bản đồ số thành phố Huế hết sức trực quan
và sinh động.
Ngoài phần mềm GISHue TourMap, đầu tháng 6/2009 Công ty Cổ phần Đầu tư
Địa Việt (DiaViet JSC) bằng nguồn vốn sự nghiệp khoa học ở quy mô một đề tài, đã
thực hiện thành công việc nghiên cứu triển khai “Ứng dụng GIS trong quản lý và lập
kế hoạch duy tu nâng cấp, xây mới hạ tầng giao thơng, triển khai thí điểm trên địa bàn
Quận 1”. Việc triển khai nghiên cứu ứng dụng này vào công tác quản lý hạ tầng giao
thông đô thị đã nhận được sự ủng hộ và hơp tác nhiệt tình của Khu Quản Lý Giao
Thông Đô Thị Số 1 - Sở Giao Thông Vận Tải TP.HCM. Trong khuôn khổ của nghiên
cứu ứng dụng này, chỉ với nguồn kinh phí hạn chế, đã thực hiện các công việc sau:
- Xây dựng và chuẩn hóa cấu trúc CSDL các đối tượng hạ tầng giao thông như:
đường, cầu, cây xanh, biển báo, hệ thống tín hiệu giao thơng và hệ thống chiếu sáng.