Tìm hiểu công nghệ WebGIS và ứng dụng
Phần cứng là hệ thống máy tính trên đó một hệ GIS hoạt động. Ngày nay,
phần mềm GIS có khả năng chạy trên rất nhiều dạng phần cứng, từ máy chủ
trung tâm đến các máy trạm hoạt động độc lập hoặc liên kết mạng.
Phần mềm
Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và các công cụ cần thiết để lưu
giữ, phân tích và hiển thị thông tin địa lý. Các thành phần chính trong phần mềm
GIS là:
Công cụ nhập và thao tác trên các thông tin địa lý
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu(DBMS)
Công cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý
Giao diện đồ hoạ người-máy (GUI) để truy cập các công cụ dễ dàng
Dữ liệu
Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS là dữ liệu. Các dữ
liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể được người sử dụng tự tập hợp
hoặc được mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại. Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu
không gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng DBMS để tổ
chức lưu giữ và quản lý dữ liệu.
Dữ liệu không gian có thể đến từ nhiều nguồn khác nhau như: số liệu tính
toán thống kê, báo cáo, các quan trắc thực địa, ảnh vệ tinh, ảnh máy bay, bản đồ
giấy (dạng analog). Kỹ thuật hiện đại về viễn thám và GIS có khả năng cung
cấp thông tin không gian bao gồm các thuộc tính địa lý, khuôn dạng dữ liệu, tỷ lệ
bản đồ và các số liệu đo đạc.
Con người
Công nghệ GIS sẽ bị hạn chế nếu không có con người tham gia quản lý hệ
thống và phát triển những ứng dụng GIS trong thực tế. Vì GIS la một hệ thống
tổng hợp của nhiểu công việc kỹ thuật, do đó đòi hỏi người điều hành phải được
đào tạo và có kinh nghiệm trong nhiểu lĩnh vực. Hơn nữa sự phát triển không
ngừng của các kỹ thuật phần cứng và phần mềm đòi hỏi người điều hành phải
luôn được đào tạo. Những yêu cầu cơ bản về người điều hành bao gồm các vấn
đề sau: có kiến thức cơ bản về địa lý, bản đồ, máy tính và công nghệ tin.
Người sử dụng GIS có thể là những chuyên gia kỹ thuật, người thiết kế và
duy trì hệ thống, hoặc những người dùng GIS để giải quyết các vấn đề trong
công việc.
Nguyễn Thị Thu Hoài_Đại học Kinh Tế Quốc Dân_K46
5
Tìm hiểu công nghệ WebGIS và ứng dụng
Phương pháp
Đó là tập hợp các quy định, quy phạm, tiêu chuẩn, định hướng, chủ trương
ứng dụng của nhà quản lý, các kiến thức chuyên ngành và các kiến thức về công
nghệ thông tin.
Một hệ GIS thành công theo khía cạnh thiết kế và luật thương mại là được
mô phỏng và thực thi duy nhất cho mỗi tổ chức.
1.1.2 Các nhiệm vụ của GIS
Mục đích chung của các Hệ Thông tin địa lý là thực hiện sáu nhiệm vụ
sau:
Nhập dữ liệu
Thao tác dữ liệu
Quản lý dữ liệu
Hỏi đáp và phân tích
Hiển thị
1.1.2.1 Nhập dữ liệu
Trước khi dữ liệu địa lý có thể được dùng cho GIS, dữ liệu này phải được
chuyển sang dạng số thích hợp. Quá trình chuyển dữ liệu từ bản đồ giấy sang các
file dữ liệu dạng số được gọi là quá trình số hoá.
Công nghệ GIS hiện đại có thể thực hiện tự động hoàn toàn quá trình này
với công nghệ quét ảnh cho các đối tượng lớn; những đối tượng nhỏ hơn đòi hỏi
một số quá trình số hoá thủ công (dùng bàn số hoá). Ngày nay, nhiều dạng dữ
liệu địa lý thực sự có các định dạng tương thích GIS. Những dữ liệu này có thể
thu được từ các nhà cung cấp dữ liệu và được nhập trực tiếp vào GIS.
1.1.2.2 Thao tác dữ liệu
Có những trường hợp các dạng dữ liệu đòi hỏi được chuyển dạng và thao
tác theo một số cách để có thể tương thích với một hệ thống nhất định. Ví dụ, các
thông tin địa lý có giá trị biểu diễn khác nhau tại các tỷ lệ khác nhau (hệ thống
đường phố được chi tiết hoá trong file về giao thông, kém chi tiết hơn trong file
điều tra dân số và có mã bưu điện trong mức vùng). Trước khi các thông tin này
được kết hợp với nhau, chúng phải được chuyển về cùng một tỷ lệ (mức chính
xác hoặc mức chi tiết). Ðây có thể chỉ là sự chuyển dạng tạm thời cho mục đích
Nguyễn Thị Thu Hoài_Đại học Kinh Tế Quốc Dân_K46
6
Tìm hiểu công nghệ WebGIS và ứng dụng
hiển thị hoặc cố định cho yêu cầu phân tích. Công nghệ GIS cung cấp nhiều công
cụ cho các thao tác trên dữ liệu không gian và cho loại bỏ dữ liệu không cần
thiết.
1.1.2.3 Quản lý dữ liệu
Ðối với những dự án GIS nhỏ, có thể lưu các thông tin địa lý dưới dạng
các file đơn giản. Tuy nhiên, khi kích cỡ dữ liệu trở nên lớn hơn và số lượng
người dùng cũng nhiều lên, thì cách tốt nhất là sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu
(DBMS) để giúp cho việc lưu giữ, tổ chức và quản lý thông tin. Một DBMS chỉ
đơn giản là một phần mền quản lý cơ sở dữ liệu.
Có nhiều cấu trúc DBMS khác nhau, nhưng trong GIS cấu trúc quan hệ tỏ
ra hữu hiệu nhất. Trong cấu trúc quan hệ, dữ liệu được lưu trữ ở dạng các bảng.
Các trường thuộc tính chung trong các bảng khác nhau được dùng để liên kết các
bảng này với nhau. Do linh hoạt nên cấu trúc đơn giản này được sử dụng và triển
khai khá rộng rãi trong các ứng dụng cả trong và ngoài GIS.
1.1.2.4. Hỏi đáp và phân tích
Một khi đã có một hệ GIS lưu giữ các thông tin địa lý, có thể bắt đầu hỏi
các câu hỏi đơn giản như:
Ai là chủ mảnh đất ở góc phố?
Hai vị trí cách nhau bao xa?
Vùng đất dành cho hoạt động công nghiệp ở đâu?
Và các câu hỏi phân tích như:
Tất cả các vị trí thích hợp cho xây dựng các toà nhà mới nằm ở đâu?
Kiểu đất ưu thế cho rừng sồi là gì?
Nếu xây dựng một đường quốc lộ mới ở đây, giao thông sẽ chịu ảnh
hưởng như thế nào?
GIS cung cấp cả khả năng hỏi đáp đơn giản "chỉ và nhấn" và các công cụ
phân tích tinh vi để cung cấp kịp thời thông tin cho những người quản lý và phân
tích. Các hệ GIS hiện đại có nhiều công cụ phân tích hiệu quả, trong đó có hai
công cụ quan trọng đặc biệt:
Phân tích liền kề
Tổng số khách hàng trong bán kính 10 km khu hàng?
Nguyễn Thị Thu Hoài_Đại học Kinh Tế Quốc Dân_K46
7
Tìm hiểu công nghệ WebGIS và ứng dụng
Những lô đất trong khoảng 60 m từ mặt đường?
Ðể trả lời những câu hỏi này, GIS sử dụng phương pháp vùng đệm để xác
định mối quan hệ liền kề giữa các đối tượng.
Phân tích xếp chồng
Xếp chồng là quá trình tích hợp các lớp thông tin khác nhau. Các thao tác
phân tích đòi hỏi một hoặc nhiều lớp dữ liệu phải được liên kết vật lý. Sự xếp
chồng này, hay liên kết không gian, có thể là sự kết hợp dữ liệu về đất, độ dốc,
thảm thực vật hoặc sở hữu đất với định giá thuế.
1.1.2.5 Hiển thị
Với nhiều thao tác trên dữ liệu địa lý, kết quả cuối cùng được hiển thị tốt
nhất dưới dạng bản đồ hoặc biểu đồ. Bản đồ khá hiệu quả trong lưu giữ và trao
đổi thông tin địa lý. GIS cung cấp nhiều công cụ mới và thú vị để mở rộng tính
nghệ thuật và khoa học của ngành bản đồ. Bản đồ hiển thị có thể được kết hợp
với các bản báo cáo, hình ảnh ba chiều, ảnh chụp và những dữ liệu khác (đa
phương tiện).
1.1.3 Cấu trúc dữ liệu Raster và Vecto
Hình 1.1 Mô hình dữ liệu Raster và Vecto
1.1.3.1 Cấu trúc dữ liệu Raster
Mô hình raster biểu diễn không gian như là một ma trận số nguyên, mỗi
giá trị số nguyên đại diện cho một thuộc tính, vị trí của số nguyên chính là vị trí
của đối tượng
Nguyễn Thị Thu Hoài_Đại học Kinh Tế Quốc Dân_K46
8
Tìm hiểu công nghệ WebGIS và ứng dụng
Liên hệ với thế giới thực: mỗi pixel sẽ tương ứng với một ô nào đó trong
thế giới thực.
Trong cấu trúc raster:
Đường được biểu diễn bằng những pixel có cùng giá trị f(x,y) liên tiếp
nhau.
Vùng được xác định thành một mạng gồm nhiều pixel có cùng giá trị
thuộc tính f(x,y).
1.1.3.2 Cấu trúc dữ liệu Vecto
Các đối tượng không gian khi biểu diễn ở cấu trúc dữ liệu vector được tổ
chức dưới dạng điểm (point), đường (line) và vùng (polygon), và được biểu diễn
trên một hệ thống tọa độ nào đó. Đối với các đối tượng biểu diễn trên mặt phẳng,
mỗi đối tượng điểm được biểu diễn bởi một cặp tọa độ (x, y); đối tượng đường
được xác định bởi một chuỗi liên tiếp các điểm (vertex), đoạn thẳng được nối
giữa các điểm (vertex) hay còn gọi là cạnh (segment), điểm bắt đầu và điểm kết
thúc của một đường gọi là các nút (node); đối tượng vùng được xác định bởi các
đường khép kín.
Hai loại cấu trúc được biết đến trong cấu trúc dữ liệu vector là cấu trúc
Spaghetti và cấu trúc Topology. Cấu trúc Spaghetti ra đời trước và được sử dụng
cho đến ngày nay ở một số các phần mềm GIS như: phần mềm Arcview GIS,
ArcGIS, MapInfo,… Cấu trúc Topology ra đời trên nền tảng của mô hình dữ liệu
cung – nút (Arc - Node).
1.1.3.3 Ưu nhược điểm của cấu trúc Raster và Vecto
STT RASTER VECTOR
1 Cấu trúc dữ liệu đơn giản
Cấu trúc dữ liêu phức tạp hơn
raster
2
Các thao tác chập bản đồ thực
hiện dễ dàng và đơn giản
Các phép chập bản đồ khó thực
hiện được
3
Bài toán mô hình thực hiện dễ
dàng
Bài toán mô hình khó thực hiện
4 Dữ liệu cồng kềnh
Dữ liệu gọn (chiếm ít bộ nhớ)
hơn mô hình raster
5 Mối quan hệ topo khó có thể
thể hiện được. Bài toán mạng
Cho phép mã hóa topo hiệu quả
hơn và vì vậy cho phép thực
Nguyễn Thị Thu Hoài_Đại học Kinh Tế Quốc Dân_K46
9
Tìm hiểu công nghệ WebGIS và ứng dụng
khó thực hiện
hiện các phép liên quan đến các
thông tin topo (như trong phân
tích mạng)
6
Thích hợp với việc sử dụng dữ
liệu viễn thám
Thích hợp với dữ liệu đo đạc
trực tiếp
1.1.4 Các công nghệ liên quan
Desktop mapping
Là desktop mapping system sử dụng bản đồ để tổ chức dữ liệu và tương
tác người dùng. Trọng tâm của hệ thống này là thành lập bản đồ: bản đồ là cơ sở
dữ liệu. Phần lớn các hệ thống Desktop Mapping đều hạn chế hơn so với GIS về
khả năng quản lý dữ liệu, phân tích không gian và khả năng tuỳ biến. Các hệ
thống Desktop mapping hoạt động trên các máy tính để bàn như PC, Macintosh,
và các máy trạm UNIX nhỏ.
CAD (Trợ giúp thiết kế nhờ máy tính)
Hệ thống CAD trợ giúp cho việc tạo ra các bản thiết kế xây dựng nhà và
cơ sở hạ tầng. Tính năng này đòi hỏi các thành phần của những đặc trưng cố
định được tập hợp để tạo nên toàn bộ cấu trúc. CAD yêu cầu một số quy tắc về
việc tập hợp các thành phần và các khả năng phân tích rất giới hạn. Hệ thống
CAD có thể được mở rộng để hỗ trợ bản đồ nhưng thông thường bị giới hạn
trong quản lý và phân tích các cơ sở dữ liệu địa lý lớn.
Viễn thám và GPS (Hệ thống định vị toàn cầu)
Viễn thám là ngành khoa học nghiên cứu bề mặt trái đất sử dụng kỹ thuật
cảm biến như quay camera từ máy bay, các trạm thu GPS hoặc các thiết bị khác.
Các thiết bị cảm biến này thu thập dữ liệu dạng ảnh và cung cấp các khả năng
thao tác, phân tích và mô phỏng những ảnh này. Do thiếu các tính năng phân tích
và quản lý dữ liệu địa lý, nên không thể gọi là GIS thực sự.
DBMS (Hệ quản trị cơ sở dữ liệu)
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu chuyên về lưu trữ và quản lý tất cả các dạng dữ
liệu bao gồm cả dữ liệu địa lý. Nhiều hệ GIS đã sử dụng DBMS với mục đích
lưu trữ dữ liệu. DBMS không có các công cụ phân tích và mô phỏng như GIS.
Nguyễn Thị Thu Hoài_Đại học Kinh Tế Quốc Dân_K46
10
Tìm hiểu công nghệ WebGIS và ứng dụng
1.2 WebGIS và ứng dụng
1.2.1. Khái niệm
WebGIS là một hệ thống thông tin địa lý được phân bổ qua môi trường
mạng máy tính để tích hợp, phân phối và truyển tải thông tin địa lý trực diện
trên WWW (World Wide Web) thông qua Internet.
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 đến Internet và trình duyệt Web.
1.2.2 Ứng dụng của WebGIS
Khả năng phân phối thông tin rộng rãi trên toàn cầu
Người dùng Internet có thể truy cập đến các ứng dụng GIS mà không phải
mua phần mềm.
Đối với phần lớn người dùng không có kinh nghiệm về GIS thì việc sử
dụng WebGIS sẽ đơn giản hơn việc sử dụng các ứng dụng GIS loại khác.
WebGIS cho phép thêm các chức năng GIS chạy trên cơ sở mạng như
thương mại, chính phủ, giáo dục. Nhiều ứng dụng loại này chạy trên mạng cục
bộ như một phương tiện phân phối và sử dụng dữ liệu địa lý không gian
(geospatial data).
Hiện nay trên thế giới có rất nhiều công nghệ WebGIS như công nghệ
MapServer, GeoServer, ESRI, Mapinfo …
1.3 Ngôn ngữ lập trình Java
Ngôn ngữ lập trình Java ra đời và được các nhà nghiên cứu của công ty
SunMicrosystem giới thiệu vào năm 1995. Sau khi ra đời không lâu, ngôn ngữ
lập trình này đã được sử dụng rộng rãi và phổ biến đối với các lập trình viên
chuyên nghiệp cũng như các nhà phát triển phần mềm.
Java là một nền tảng phát triển các ứng dụng phần mềm, đánh dấu sự
trưởng thành của mô hình lập trình hướng đối tượng, nó được coi là một nền
tảng mang tính cách mạng trong nghành phần mềm. Mô hình máy ảo Viirtual
Machine đã cho phép các ứng dụng viết bằng Java có thể chạy trên nhiều hệ điều
hành khác nhau.
Không chỉ là một ngôn ngữ, Java còn là một nền tảng phát triển và triển
khai ứng dụng trong đó máy ảo Java, bộ thông dịch có vai trò trung tâm. Hiện
nay, công nghệ Java được chia làm ba bộ phận:
J2SE: Gồm các đặc tả, công cụ, API của nhân Java giúp phát triển các ứng
dụng trên desktop và định nghĩa các phần thuộc nhân của Java.
Nguyễn Thị Thu Hoài_Đại học Kinh Tế Quốc Dân_K46
11
Tìm hiểu công nghệ WebGIS và ứng dụng
J2EE: Gồm các đặc tả, công cụ, API mở rộng J2SE để phát triển các ứng
dụng qui mô xí nghiệp, chủ yếu để chạy trên máy chủ (server). Bộ phận
hay được nhắc đến nhất của công nghệ này là công nghệ Servlet/JSP: sử
dụng Java để làm các ứng dụng web.
J2ME: Gồm các đặc tả, công cụ, API mở rộng để phát triển các ứng dụng
Java chạy trên điện thoại di động, thẻ thông minh, thiết bị điện tử cầm tay,
robo và những ngữ lập trình (programming language)
Java (công nghệ) là một công nghệ xây dựng các ứng dụng phần mềm. Nó
được coi là công nghệ mang tính cách mạng và khả thi nhất trong việc tạo ra các
ứng dụng có khả năng chạy thống nhất trên nhiều nền tảng mà chỉ cần biên dịch
một lần.
1.3.1 Các đặc điểm và các thành phần cơ bản của Java
1.3.1.1. Các đặc điểm của ngôn ngữ lập trình Java
Sun Mycrosystem đã nêu lên đặc điểm của Java như sau:" Java là 1 ngôn
ngữ đơn giản, hướng đội tượng, phân tán, thông dịch lẫn biên dịch, mạnh mẽ,
bảo mật, cấu trúc độc lập, khả chuyển, hiệu quả cao và linh động."
1.3.1.2. Các thành phần cơ bản của Java
Cũng như các ngôn ngữ lập trình khác, ngôn ngữ lập trình Java cũng bao
gồm các thành phần cơ bản của một ngôn ngữ lập trình:
Các kiểu dữ liệu cơ sở: Kiểu số nguyên, kiểu chấm động, kiểu char, kiểu
boolean.
Ghi chú: sử dụng ký hiệu
// ghi chú trên một dòng
/* ghi chú trên nhiều dòng */
Các từ khoá: đó là các từ dùng riêng trong Java, không được sử dụng các
từ khoá để đặt tên biến hay các định danh khác.
Khai báo biến và hằng
Các toán tử và biểu thức
Mảng
1.3.1.3. Cấu trúc điều khiển
Cấu trúc điều khiển là các lệnh kiểm tra và điều khiển quá trình thực hiện
các câu lệnh sao cho chương trình thực hiện đúng và đạt được yêu cầu đặt ra.
Nguyễn Thị Thu Hoài_Đại học Kinh Tế Quốc Dân_K46
12
Tìm hiểu công nghệ WebGIS và ứng dụng
Cấu trúc lựa chọn: lệnh if, switchcase
Cấu trúc lặp: vòng lặp for, do … while, while
Lệnh break, continue và label (nhãn)
1.3.2 Xây dựng chương trình Java
1.3.2.1 Phương thức, lớp và chương trình Java
Chương trình của java được xây dựng từ lớp và lớp dùng phương thức để
xử lí biến.
Phương thức(method)
Phương thức trong Java chính là các khối lệnh đơn vị thực hiện những
chức năng riêng biệt. Vì trong Java không có một hàm nào là toàn cục mà luôn
phải gắn với một đối tượng cụ thể, thể hiện hành vi ứng xử của đối tượng đó.
Nên trong ngôn ngữ Java sẽ dùng khái niệm phương thức thay cho khái niệm
hàm.
Định nghĩa một phương thức:
<private | public | protected> <static | abstract | final | native |
synchronized> <void | integer | … > <tên phương thức> (<đối số 1>, <đối số 2>,
… )
{ <khối lệnh> }
<private | public | protected> là các từ khoá xác định phạm vi truy xuất của
phương thức
<static | abstract | final | native | synchronized> là các từ khoá cho biết
cách thức truy xuất của phương thức.
<void | integer | … > là giá trị trả về của phương thức. void là phương thức
không trả về giá trị.
Khi muốn một phương thức được thực hiện, ta chỉ cần gọi tên của phương
thức và gán các đối số là các giá trị hay các biến có cùng kiểu với các đối số đã
được khai báo.
Phương thức tạo dựng (Constructor)
Phương thức tạo dựng( hay còn gọi là phương thức khởi tạo) là phương
thức có vai trò quan trọng trong lớp. Phương thức tạo dựng dùng để gán các giá
trị ban đầu và tạo ra một đối tượng cụ thể.
Nguyễn Thị Thu Hoài_Đại học Kinh Tế Quốc Dân_K46
13
Tìm hiểu công nghệ WebGIS và ứng dụng
Phương thức tạo dựng phải có cùng tên vói lớp chứa nó( giống cả cách
viết hoa, viêt thường), có hoặc không có đối số, được gọi đến khi chương trình
tạo một đối tượng mới thông qua từ khoá new.
Mỗi lớp ngoài phải có ít nhất một phương thức tạo dựng không tham số.
Nếu người lập trình không viết phương thức tạo dựng cho lớp thì Java sẽ
gán cho lớp đó một phương thức tạo dựng mặc định khi biên dịch.
Cấu trúc của phương thức tạo dựng:
[Từ khóa] <tên lớp> (có hoặc không có đối số)
{ Khối lệnh }
Hình thức khai báo chồng phương thức
Java cho phép khai báo nhiều phương thức cùng tên nhưng khác tham
số( khác kiểu dữ liệu hoặc số lượng tham số) gọi là các phương thức khai báo
chồng hay phương thức ghi đè.
Phương thức tạo dựng cũng có thể được khai báo chồng.
Các phương thức khai báo chồng khác nhau về tham số sẽ được tạo các
đối tượng khác nhau trong lớp gọi nó.
Một số phương thức chuẩn trong Java
Đó là các phương thức chuẩn trong lớp Math, DateFormat (định dạng
ngày tháng), Theard (lp tuyến thi hành), ArrayList (lớp tạo danh sách)
Lớp (class)
Lớp được xem là một khuôn mẫu (template) của đối tượng. Lớp bao gồm
các vùng dữ liệu của đối tượng và các phương thức tác động lên các dữ liệu đó.
Lớp có tính kế thừa (inheritance); một lớp (subclass) có thể thứa kế tất cả
các vùng dữ liệu và các phương thức của một lớp khác (superclass).
Lớp còn có tính đa hình (polymorphism) cho phép cài đặt các lớp dẫn xuất
rất khác nhau từ cùng một lớp nguồn.
Định nghĩa một lớp:
class ClassName {
}
Nguyễn Thị Thu Hoài_Đại học Kinh Tế Quốc Dân_K46
14
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét