Tài liệu Tìm hiểu phần mềm arcsde và ứng dụng trong xây dựng và quản lý dữ liệu bản đồ

Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa PHẦN MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài Ngày nay động lực chính thúc đẩy sự phát triển của thế giới chính là tốc độ sáng tạo. Khoảng cách giữa lý thuyết và ứng dụng thực tế ngày càng được rút ngắn đến mức mà mỗi công nghệ mới ra đời đều được triển khai ứng dụng một cách nhanh chóng. Công nghệ thông tin được triển khai ứng dụng vào mọi lĩnh vực và làm thay đổi sâu rộng tới đời sống xã hội. Chính sự kết hợp của công nghệ thông tin và các lĩnh vực khác đã tạo ra nhiều giải pháp và công nghệ. Những công nghệ mới như ArcGIS Server, ArcIMS đã mang lại cho người dùng những trải nghiệm tuyệt vời. Biến một công nghệ phức tạp trở thành một ứng dụng thân thiết mà người dùng có thể đơn giản lướt web để tìm kiếm thông tin địa lý mình cần. Người dùng có thể tìm kiếm thông tin dễ dàng, nhưng với những người lập trình lại không đơn giản như vậy. Để có được một sản phẩm thân thiện với người sử dụng, họ phải xử lý dữ liệu, biên tập bản đồ, đưa lên trang web. Đó là những việc đòi hỏi sự phức tạp và nhiều thời gian mà một cá nhân không thể hoàn thành được. Do đó, chúng ta cần phải biết kết hợp, làm việc theo nhóm. Một yêu cầu được đặt ra là: làm thế nào để kết hợp với nhau để hoàn thành công việc. Để trả lời cho câu hỏi đó, một công nghệ mới đã ra đời, nếu thiếu nó những công nghệ như ArcGIS Server hay ArcIMS sẽ không được mọi người biết đến và nó chỉ được biết đến như một công cụ cho cá nhân đơn lẻ sử dụng. Công nghệ mà tôi muốn đề cập đến chính là một công cụ mang tính ứng dụng cao và phát triển mạnh cùng với các công nghệ như ArcGIS Server. Đó chính là ArcSDE. Nguyễn Mạnh Cường 1 Tin học Trắc địa K49 Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa Phạm vi đề tài Đề tài “Tìm hiểu phần mềm ArcSDE và ứng dụng trong xây dựng và quản lý dữ liệu bản đồ” chỉ giới hạn trong phạm vi tìm hiểu công nghệ ArcSDE để cài đặt trên môi trường Desktop và mạng LAN đồng thời ứng dụng để xây dựng và quản lý dữ liệu bản đồ khu du lịch Tràng An. Phương pháp nghiên cứu Trên cơ sở nghiên cứu, tìm hiểu về công nghệ GIS, chuẩn CSDL. Đồng thời tìm hiểu và hệ quản trị cơ sở dữ liệu (RDBMS), phần mềm ArcSDE. Từ đó tiến hành cài đặt, chạy chương trình. Cấu trúc đồ án PHẦN MỞ ĐẦU Chương I. TỔNG QUAN ARCSDE Chương II. TỔ CHỨC VÀ QUẢN LÝ CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS Chương III. TRIỂN KHAI CÀI ĐẶT ARCSDE VÀ PHƯƠNG PHÁP LƯU TRỮ DỮ LIỆU BẢN ĐỒ KHU DU LỊCH TRÀNG AN KẾT LUẬN PHỤ LỤC Nguyễn Mạnh Cường 2 Tin học Trắc địa K49 Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU................................................................................................ 1 MỤC LỤC.......................................................................................................... 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ARCSDE........................................................5 1.1 Khái niệm ArcSDE...................................................................................5 1.1.1 Khái niệm.......................................................................................... 5 1.1.2 Chức năng ArcSDE........................................................................... 6 1.2 Tầm quan trọng của ArcSDE trong ArcGIS............................................ 6 CHƯƠNG 2 TỔ CHỨC VÀ QUẢN LÝ CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS................... 13 2.1 Tổ chức cơ sở dữ liệu trong GIS............................................................ 13 2.1.1 Khái niệm cơ bản về hệ cơ sở dữ liệu............................................. 13 2.1.2 Các loại thông tin trong hệ thống thông tin địa lý.......................... 15 2.1.3 Kiến trúc một hệ quản trị cơ sở dữ liệu...........................................16 2.1.4 Tính độc lập dữ liệu.........................................................................19 2.1.5 Hệ quản trị cơ sở dữ liệu của GIS................................................... 21 2.2 Quản lý cơ sở dữ liệu trong GIS.............................................................24 2.2.1 SDE Geodatabase............................................................................ 24 2.2.2 Quản lý cơ sở dữ liệu trong GIS..................................................... 27 2.2.3 Những kiến thức cơ sở.................................................................... 28 CHƯƠNG 3 TRIỂN KHAI CÀI ĐẶT ARCSDE VÀ PHƯƠNG PHÁP LƯU TRỮ DỮ LIỆU BẢN ĐỒ KHU DU LỊCH TRÀNG AN ...............................37 3.1 Cấu hình và cài đặt ArcSDE.................................................................. 37 3.1.1 Phần mềm cài đặt............................................................................ 37 3.1.2 Yêu cầu cấu hình............................................................................. 37 3.1.3 Cài đặt..............................................................................................40 Nguyễn Mạnh Cường 3 Tin học Trắc địa K49 Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa 3.1.4 Phương pháp lưu trữ và chuyển dữ liệu bản đồ khu du lịch Tràng An vào SDE Geodatabase ....................................................................... 57 KẾT LUẬN.......................................................................................................63 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................ 64 PHỤ LỤC......................................................................................................... 65 LUẬT TOPOLOGY..................................................................................... 65 DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ BẢNG.............................................................83 Nguyễn Mạnh Cường 4 Tin học Trắc địa K49 Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ARCSDE 1.1 Khái niệm ArcSDE 1.1.1 Khái niệm ArcSDE là một ứng dụng trên máy chủ, mà ứng dụng của nó là lưu trữ và quản lý dữ liệu không gian raster, vector và số liệu khảo sát dựa trên những hệ quản trị CSDL thịnh hành hiện nay (IBM DB2, Informix, SQL Server, và Oracle), nhằm tăng khả năng khai thác dữ liệu từ các ứng dụng đơn lẻ. ArcSDE Server sử dụng cùng với các sản phẩm ArcGIS Desktop (ArcView, ArcEditor và ArcInfo) hay các sản phẩm phát triển của ArcGIS (ArcGIS Engine, ArcGIS Server và ArcIMS với tính năng quản lý dữ liệu đa người dùng). ArcSDE là cổng nối giữa các ứng dụng GIS và hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu quan hệ (RDBMS). ArcSDE cho phép nhiều người dùng từ các phần mềm GIS như ArcInfo, ArcEditor, ArcView, và ArcIMS, MapObject có thể lưu trữ, quản lý và truy cập trực tiếp tới dữ liệu không gian được lưu trong RDBMS. ArcSDE tương thích với nhiều RDBMS nổi tiếng như Oracle, Informix, IBM DB2, and Microsoft SQL Server. ArcSDE là thành phần chính trong quản lý dữ liệu chia sẻ và đa người dùng. ArcSDE cho phép quản lý một geodatabase quy mô lớn, có khả năng hiển thị và cập nhật đồng thời bởi nhiều người, tốc độ truy cập và tìm kiếm cực cao, ArcSDE thực sự là thành phần cần thiết cho các hệ thống GIS tầm trung và lớn. Nguyễn Mạnh Cường 5 Tin học Trắc địa K49 Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa 1.1.2 Chức năng ArcSDE Như một cổng giao tiếp để quản lý CSDL Là một hệ quản trị CSDL mở Là hệ thống quản lý đa người dùng Thực hiện các chức năng của GIS trong CSDL lớn Là mô hình thông tin địa lý phức tạp Cấu hình một cách mềm dẻo 1.2 Tầm quan trọng của ArcSDE trong ArcGIS Tầm quan trọng của ArcSDE trong ArcGIS Một ưu thế của ArcGIS là khả năng tiếp cận và sử dụng dữ liệu ở nhiều định dạng, từ nhiều hệ thống quản trị dữ liệu, đồng thời quản lý dữ liệu cơ sở. ArcSDE là cổng kết nối ArcGIS với phần quản trị thông tin trong hệ thống quản trị dữ liệu quan hệ (RDBMS). ArcSDE server cung cấp cổng liên lạc cho phép lưu trữ, quản lý và truy cập các thông tin không gian từ bất kỳ hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ (RDBMSs) trong bất kỳ ứng dụng nào của ArcGIS. Đây là một thành phần quan trọng quản lý cơ sở dữ liệu chia sẻ và đa người sử dụng trong RDBMS. ArcSDE làm tăng thêm những khả năng cần thiết cho ArcGIS khi người sử dụng cần một cơ sở dữ liệu geodatabase quy mô lớn có thể chỉnh sửa và hiển thị tức thì trong môi trường có nhiều người sử dụng. Những tiện ích của ArcSDE ArcSDE cung cấp một số tiện ích quan trọng cho người sử dụng geodatabase -Hiệu suất cao -Dung lượng dữ liệu cực lớn Nguyễn Mạnh Cường 6 Tin học Trắc địa K49 Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa -Toàn bộ thông tin không gian được đảm bảo chính xác -Mô hình thông tin tích hợp cho nhiều đối tượng sử dụng GIS. -Quản lý các thông tin không gian toàn diện trên nhiều dạng dữ liệu (vectors, rasters, số liệu điều tra…) -Giao diện dữ liệu chung cho tất cả các hệ thống quản trị dữ liệu quan hệ (RDBMSs). -Hỗ trợ geodatabase và các mô hình dữ liệu của ESRI -Giảm chi phí ArcSDE là server ứng dụng địa lý bậc cao cho những cơ sở dữ liệu quan hệ, người sử dụng quản lý các thông tin địa lý với bất kỳ RDBMSs và giúp cho dữ liệu của người sử dụng được mở trong tất cả các ứng dụng của ArcGIS. -Truy cập đồng thời tới nhiều cơ sở dữ liệu GIS Nhiều dữ liệu GIS biên dịch, phân tích, bản đồ hoá và quản lý công việc đòi hỏi dữ liệu được tích hợp từ nhiều file và nhiều nguồn hệ quản trị dữ liệu quan hệ. ArcSDE cung cấp cổng chung cho tất cả các loại dữ liệu mà không cần quan tâm đến định dạng và nguồn lưu trữ, đồng thời nó còn dễ dàng linh động giữa các hệ quản trị dữ liệu quan hệ khác nhau. Vì sao phải sử dụng ArcSDE ArcSDE cho phép quản lý dữ liệu không gian với hiệu suất cao trên nhiều loại cấu hình cơ sở dữ liệu (IBM DB2 Universal Database, IBM Informix Dynamic Server, Microsoft SQL Server, and Oracle) giống như khả năng của tất cả các hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ. Nguyễn Mạnh Cường 7 Tin học Trắc địa K49 Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa Mặc dù tất cả cơ sở dữ liệu quan hệ đơn lẻ thông qua SQL nhưng vẫn có sự khác nhau đáng kể trong những cơ sở dữ liệu đơn lẻ khi xét chi tiết trong nguồn dữ liệu. Điều đó liên quan đến tốc độ và chỉ số, những dạng dữ liệu cung cấp, các công cụ quản lý đồng bộ và việc tiến hành các truy vấn phức tạp. Tính năng vượt trội của ArcSDE ArcSDE được thiết kế để xử lý với sự đa dạng, phức tạp trên cơ sở nền tảng hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ. Cấu trúc ArcSDE là linh hoạt nhất và nhiều lựa chọn cho người sử dụng. Cấu trúc của nó cho phép lựa chọn mở những dữ liệu đơn lẻ và những biểu đồ tự nhiên cũng như truy cập dữ liệu nhanh và toàn bộ không gian trên từng công cụ dữ liệu quan hệ. ArcSDE cho phép thúc đẩy khả năng của từng RDBMS đơn lẻ. Là cầu nối giữa ArcGIS geodatabase và những tính năng của RDBMS. Quản lý thông tin địa lý, cũng giống như nhiều ứng dụng khác như kế hoạch kinh doanh và quản lý quan hệ khách hàng, đòi hỏi sự tập trung ứng dụng chặt chẽ hơn trên RDBMS (ví dụ: ArcGIS Desktop hoặc ArcIMS/ArcGIS Server) Song hành GIS với xu thế phát triển IT (Công nghệ thông tin) Nhiều người sử dụng đòi hỏi GIS của họ phải tương thích với cộng nghệ IT mà họ sử dụng. Hiểu đơn giản là các ứng dụng GIS mà họ sử dụng gắn liền với những tiêu chuẩn công nghệ thông tin; thông tin GIS được quản lý như một phần không thể thiếu trong cơ sở dữ liệu của người sử dụng, dữ liệu phải được bảo vệ và việc truy cập dữ liệu phải hạn chế ở các mức độ khác nhau tuỳ theo người sử dụng. Đấy là những tiện ích chuẩn của RDBMS mà người sử dụng GIS cần. Từ khi ArcSDE cung ứng phương tiện cho lưu trữ và sử dụng dữ liệu GIS trong RDBMS với các ứng dụng đa dạng trong và ngoài GIS, ArcSDE Nguyễn Mạnh Cường 8 Tin học Trắc địa K49 Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa luôn hoạt động với vai trò quan trọng trong việc song hành giữa GIS và chiến lược IT. Tính năng vượt trội của ArcSDE ArcSDE được thiết kế để xử lý với sự đa dạng, phức tạp trên cơ sở nền tảng hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ. Cấu trúc ArcSDE là linh hoạt nhất và nhiều lựa chọn cho người sử dụng. Cấu trúc của nó cho phép lựa chọn mở những dữ liệu đơn lẻ và những biểu đồ tự nhiên cũng như truy cập dữ liệu nhanh và toàn bộ không gian trên từng công cụ dữ liệu quan hệ. ArcSDE cho phép thúc đẩy khả năng của từng RDBMS đơn lẻ. Là cầu nối giữa ArcGIS geodatabase và những tính năng của RDBMS. Quản lý thông tin địa lý, cũng giống như nhiều ứng dụng khác như kế hoạch kinh doanh và quản lý quan hệ khách hàng, đòi hỏi sự tập trung ứng dụng chặt chẽ hơn trên RDBMS (ví dụ: ArcGIS Desktop hoặc ArcIMS/ArcGIS Server) Giảm chi phí Với ArcSDE, dữ liệu không gian được lưu trữ tập trung, chi phí sở hữu thấp. Dữ liệu có thể được triển khai trên nhiều nền server (Windows, Linux, UNIX) và trên nhiều nền cơ sở dữ liệu. Hơn nữa, ArcSDE đảm bảo về dữ liệu luôn được hỗ trợ bởi tốc độ cao, bảo toàn dữ liệu và không làm ảnh hưởng đến tính linh động trong RDBMS. Ai sử dụng ArcSDE ArcSDE đã được ứng dụng rộng rãi trên thế giới, có hàng ngàn các tổ chức cá nhân lưu trữ, quản lý dữ liệu không gian lưu trữ trên RDBMS và phổ biến một cách dễ dàng. ArcSDE còn được ứng dụng ở hầu hết các cấp quản lý nhà nước, trong quốc phòng, thông tin, tài nguyên thiên nhiên, giao thông, bảo hiểm, tài chính và nhiều ngành công nghiệp. Nguyễn Mạnh Cường 9 Tin học Trắc địa K49 Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa Bất kỳ người sử dụng ArcGIS trong quản lý các thông tin địa lý trong RDBMS đều nhận thấy tiềm năng sử dụng của ArcSDE. Server GIS Functionality Multiuser data management in DBMS Multiuser, configurable GIS data server GIS Web publishing—Maps GIS Web publishing—Data GIS Web publishing-Metadata (XML-based services) HTML mapping application Java mapping application ASP and ISP connector for developers Metadata catalog management and search Support for Web interoperability Web application development framework for .NET, ASP, and Java ISP Data access update and API Server-based GIS editing Distributed data managementDownload/Upload Distributed data management-Extract/Insert Distributed data management-Replication GIS analysis in a central server Comprehensive ArcObjects library for enterprise and Web developers SOAP-based GIS Web services Raster analysis tools Terrain/3D tools ArcSDE ArcIMS ArcGIS Server X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X Bảng 1.1 Bảng so sánh sản phẩm Tính năng mới trong ArcSDE 9 Với việc hỗ trợ thêm tốt hơn về hiệu suất và khả năng linh hoạt theo các mức độ áp dụng khác nhau, ArcSDE 9 cung cấp cho người sử dụng các công cụ sau: Nguyễn Mạnh Cường 10 Tin học Trắc địa K49 Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa -Hỗ trợ tích hợp những version(phiên bản) của cơ sở dữ liệu trong khi người sử dụng vẫn kết nối với cơ sở dữ liệu -Khả năng cập nhập dữ liệu nhanh với những file raster lớn -Thay đổi cấu trúc một bảng trong cơ sở dữ liệu mà không cần phải khởi động lại -Thêm hai lựa chọn cho tạo bảng bằng tay qua cơ sở dữ liệu và bảng tạm thời -Quản lý bảo vệ sao chép phần mềm không cần khoá cứng trong máy chủ Windows -Hoàn thiện dịch vụ báo lỗi (thêm nhiều lựa chọn ) -Windows group hỗ trợ trong SQL Server -DB2 Group hỗ trợ trong DB2, bao gồm Windows Groups trên Windows servers -Thêm nền tảng hỗ trợ bao gồm cho Sun Solaris, HP-UX, and Red Hat Linux Advanced Server with IBM DB2 -Chức năng kết nối trực tiếp với DB2 và Informix -Chức năng hiển thị đa version với DB2 và Informix -Một mô hình dữ liệu không gian mới cho SQL Server -Hỗ trợ nén đinh dạng JPEG 2000 cho dữ liệu raster -Hỗ trợ chuẩn OGC (Open Geospatial Consortium) -Các hàm API cho Java được phát triển tốt hơn (hỗ trợ các chức năng quản lý raster) Ưu thế chính trong ArcSDE Nguyễn Mạnh Cường 11 Tin học Trắc địa K49 Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa ArcSDE có vai trò quan trọng trong môi trường đa người sử dụng GIS vì những tính năng cơ bản sau: -Cổng kết nối tốc độ cao ArcSDE là cổng kết nối tới nhiều RDBMSs, đây không phải là một cơ sở dữ liệu quan hệ hay mô hình lưu trữ mà là một giao diện bậc cao, quản lý dữ liệu GIS tốc độ cao trên nền một số RDBMS -Hỗ trợ RDBMS mở ArcSDE cho phép người sử dụng quản lý thông tin địa lý tương thích với một số RDBMSs: IBM DB2, Informix, Microsoft SQL Server, and Oracle -Đa người sử dụng ArcSDE cho phép nhiều người cùng truy cập tới geodatabases -Khả năng co giãn trong cơ sở dữ liệu ArcSDE có thể cung ứng geodatabases quy mô lớn với bất lỳ số lượng người sử dung, trong khi đó RDBMS có sự hạn chế này -Tính liên tục và đa thời gian Việc quản lý dữ liệu liên tục trên GIS, chẳng hạn khi nhiều ngýời sửa chữa, kiểm tra, ArcSDE hỗ trợ công cụ này qua RDBMSs -Mô hình hoá thông tin địa lý toàn diện ArcSDE đảm bảo lưu trữ toàn bộ dữ liệu với đầy đủ khuôn dạng hình học, các thông số như hệ toạ độ x,y,z, cung đường, không gian lập thể, bản đồ, các lớp, metadata, topology…. -Tính nguyên vẹn dữ liệu không gian ArcSDE đảm bảo lưu trữ nguyên vẹn dữ liệu không gian trong bất kỳ RDBMS, cũng như đảm bảo nguyên vẹn về hình học của tất cả các dữ liệu Nguyễn Mạnh Cường 12 Tin học Trắc địa K49 Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa không gian. Khi kết hợp với các ứng dụng logic geodatabase, nó cho phép dữ liệu quy mô lớn có thể được tiếp cận và duy trì với bất kỳ lượng người sử dụng nào -Cấu hình linh hoạt Cổng ArcSDE cho phép lựa chọn đa cấu hình cho hệ máy chủ, nó tương thích với nhiều hệ điều hành Windows, UNIX, và Linux -Lưu trữ hình học không gian ArcSDE cho phép quản lý và sử dụng dữ liệu RDBMS cơ sở với các ứng dụng GIS, truy cập dữ liệu được lưu trong RDBMS và làm nổi bật các mặt mạnh về khả năng khái quát của RDBMS và các dạng dữ liệu SQL Việc thúc đẩy khả năng khái quát nhằm trợ giúp nhu cầu của người sử dụng GIS -ArcSDE for Coverages Trong khi ArcSDE được biết đến như là một công cụ cho truy cập dữ liệu trong RDBMSs, nó còn cung cấp file dữ liệu không gian cơ sở. Server này được gọi là ArcSDE for Coverages, cung cấp một số file vector cơ sở trong toàn bộ dữ liệu Nguyễn Mạnh Cường 13 Tin học Trắc địa K49 Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa CHƯƠNG 2 TỔ CHỨC VÀ QUẢN LÝ CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS 2.1 Tổ chức cơ sở dữ liệu trong GIS 2.1.1 Khái niệm cơ bản về hệ cơ sở dữ liệu “Chức năng của hệ thống thông tin địa lý là để cải thiện khả năng người sử dụng để đánh giá đưa đến sự quyết định trong nghiên cứu, qui hoạch và quản lý. Để sắp xếp cho một số hệ thống thông tin, người sử dụng cần phải được cung cấp dữ liệu một cách đầy đủ và hữu hiệu, điều này đạt được bởi phương pháp của hệ thống quản lý dữ liệu (DBMS). Một DBMS có thể được định nghĩa như sau: Một sự liên kết các dữ liệu đã lưu trữ cùng với nhau mà không gây một trở ngại hoặc việc làm dư thừa không cần thiết nhằm giúp ích cho chương trình được gia tăng khả năng sử dụng lên gấp bội; dữ liệu được lưu trữ để chúng là chương trình độc lập mà dữ liệu được sử dụng một cách phổ biến, và việc điều khiển trong việc thêm dữ liệu mới, hoặc sửa đổi và khôi phục dữ kiện hiện có bên trong hệ thống dữ liệu. Dữ liệu được kết cấu như thế để cung cấp một nền tảng cho việc phát triển sau này"(Martin, 1977) Để dễ dàng cho việc giải thích các khái niệm trước hết chúng ta sẽ tìm hiểu bản đồ khu du lịch Tràng An. Dữ liệu khu du lịch được lưu trữ trong máy tính bao gồm thông tin về khách du lịch, hệ thống khách sạn, đường..... Mọi thông tin về mối quan hệ này được biểu diễn trong máy thông qua việc đăng ký của khách du lịch. Vậy làm thế nào để biểu diễn được dữ liệu đó và để đảm bảo cho hành khách đi đúng chuyến • Dữ liệu nêu trên được lưu trong máy theo một qui định nào đó và được gọi là cơ sở dữ liệu (CSDL, tiếng Anh là Database). • Phần chương trình để có thể xử lý, thay đổi dữ liệu này là hệ quản trị cơ sở dữ liệu (HQTCSDL, Database Management System). Nguyễn Mạnh Cường 14 Tin học Trắc địa K49 Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa Theo nghĩa này HQTCSDL có nhiệm vụ rất quan trọng như là một bộ diễn dịch (Interpreter) với ngôn ngữ bậc cao nhằm giúp người sử dụng có thể dùng được hệ thống mà ít nhiều không cần quan tâm đến thuật toán chi tiết hoặc biểu diễn dữ liệu trong máy. Các loại thông tin trong hệ thống thông tin địa lý Như trên đã giới thiệu dữ liệu trong hệ thống thông tin địa lý bao gồm dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính:  Dữ liệu địa lý: bao gồm các thể loại - Ảnh hàng không vũ trụ - Bản đồ trực ảnh (orthophotomap) - Bản đồ nền địa hình lập từ ảnh hàng không - vũ trụ - Bản đồ địa hình lập từ số liệu đo đạc mặt đất - Bản đồ địa chính - Bản đồ địa lý tổng hợp từ các loại bản đồ địa hình. Các loại ảnh và bản đồ nói trên đều ở dạng số và lưu lại dưới dạng vector hoặc raster hỗn hợp raster-vector. Các dữ liệu địa lý dưới dạng vector được phân lớp thông tin yêu cầu của việc tổ chức các thông tin. Thông thường người ta hay phân lớp theo tính chất thông tin: lớp địa hình, lớp thuỷ văn, lớp đường giao thông, lớp dân cư, lớp thức phụ, lớp giới hành chính v.v.. Trong nhiều trường hợp để quản lý sâu hơn, người ta sẽ phân lớp chuyên biệt hơn như trong lớp thuỷ văn được phân thành các lớp con: các lớp sông lớn, sông nhỏ, lớp biển, lớp ao hồ,v.v… Các thông tin ở dạng raster là các thông tin nguồn và các thông tin hỗ trợ, không gian quản lý như một đối tượng địa lý. Các thông tin ở dạng vector tham gia trực tiếp quản lý và được định nghĩa như những đối tượng địa lý. Nguyễn Mạnh Cường 15 Tin học Trắc địa K49 Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa Các đối tượng này thể hiện ở 3 dạng: điểm, đường và vùng hoặc miền. Mỗi đối tượng đều có thuộc tính hình học riêng như kích thước, miền vị trí. Vấn đề được đặt ra là tổ chức lưu trữ và hiển thị các thông tin vector như thế nào để thoả mãn các yêu cầu sau: - Thể hiện đầy đủ các thông tin cần thiết - Độ dư và độ thừa nhỏ nhất - Truy cập thông tin nhanh - Cập nhật thông tin dễ dàng và không sai sót (xoá bỏ thông tin không cần thiết, bổ sung thông tin mới , chỉnh lý các thông tin đã lạc hậu) - Thuận lợi cho việc hiển thị thông tin  Dữ liệu thuộc tính (Attribute) Là các thông tin giải thích cho các hiện tượng địa lý gắn liền với hiện tượng địa lý. Các thông tin này được lưu trữ dữ liệu thông thường. Vấn đề đặt ra là là phải tìm mối quan hệ giữa thông tin địa lý và thông tin thuộc tính. Từ thông tin ta có thể tìm ra được các thông tin kia trong cơ sở dữ liệu. 2.1.2 Kiến trúc một hệ quản trị cơ sở dữ liệu Một CSDL được phân thành các mức khác nhau. Ở đây có thể xem như chỉ có một CSDL đơn giản và có một hệ phần mềm QTCSDL. Hình 2.1 Cấu trúc hệ Cơ sở dữ liệu Nguyễn Mạnh Cường 16 Tin học Trắc địa K49 Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa  Sự trừu tượng hoá dữ liệu - CSDL vật lý (mức vật lý) là các tệp dữ liệu theo một cấu trúc nào đó được lưu trên các thiết bị nhớ thứ cấp (như đĩa từ, băng từ, ... ) - CSDL mức khái niệm là một sự biểu diễn trừu tượng của CSDL vật lý (còn có thể nói tương đương: CSDL mức vật lý là sự cài đặt cụ thể của CSDL mức khái niệm. - Các khung nhìn (view) là cách nhìn, là quan niệm của từng người sử dụng đối với CSDL mức khái niệm. Sự khác nhau giữa khung nhìn và mức khái niệm thực chất là không lớn Hình 2.2 Sơ đồ tổng quát hệ cơ sở dữ liệu  Thể hiện và lược đồ của CSDL - Thể hiện của CSDL (INSTANCE) Khi CSDL đã được thiết kế, thường người ta quan tâm tới “bộ khung“ hay còn gọi là “mẫu” của CSDL. Dữ liệu có trong CSDL gọi là thể hiện của CSDL, mặc dù khi dữ liệu thay đổi trong một chu kỳ thời gian nào đó thì ”bộ khung“ của CSDL vẫn không thay đổi. CSDL luôn thay đổi mỗi khi thông tin được thêm vào hay bị xoá đi. Tập hợp các thông tin lưu trữ trong CSDL tại một thời điểm nào đó được gọi là một thể hiện của CSDL. - Lược đồ của CSDL (Scheme) Nguyễn Mạnh Cường 17 Tin học Trắc địa K49 Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa Thiết kế tổng quan của CSDL được gọi là lược đồ (hay sơ đồ) của CSDL. Lược đồ của CSDL ít khi bị thay đổi. Trong một ngôn ngữ lập trình, nó tương ứng với các tập định nghĩa của các kiểu dữ liệu (kiểu mẫu tin, kiểu bảng, …) Thường “ bộ khung” nêu trên bao gồm một số danh mục hoặc chỉ tiêu hoặc một số kiểu của các thực thể trong CSDL. Giữa các thực thể có thể có mối quan hệ nào đó với nhau. Ở đây sử dụng thuật ngữ “ lược đồ” để thay thế cho khái niệm “ bộ khung”. Lược đồ khái niệm là bộ khung của CSDL mức vật lý, khung nhìn được gọi là lược đồ con (Subscheme). - Lược đồ khái niệm và mô hình dữ liệu Lược đồ khái niệm là sự biểu diễn thế giới thực bằng một loại ngôn ngữ phù hợp, hệ QTCSDL cung cấp ngôn ngữ định nghĩa dữ liệu cho lược đồ con (subscheme data definition language) để xác định lược đồ khái niệm. Đây là ngôn ngữ bậc cao có khả năng mô tả lược đồ khái niệm bằng cách biểu diễn của mô hình dữ liệu. Ví dụ mô hình dữ liệu phù hợp là một đồ thị có hướng (mô hình mạng - Network model), trong đó các đỉnh biểu diễn mối quan hệ giữa các thực thể (như hành khách, chuyến bay), các cạnh của đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa các thực thể (như xác định đội bay cho mỗi chuyến bay).  Các mô hình của CSDL - Mô hình phân cấp (HIERACHICAL) Mô hình dữ liệu là một cây, trong đó các nút biểu diễn các tập thực thể, giữa các nút con và nút cha được liên hệ theo một mối quan hệ xác định. Điểm nổi bật trong các thủ tục truy xuất đến một đối tượng trong mô hình phân cấp là đường dẫn đi từ gốc đến phần tử cần xét trong cây phân cấp. Nguyễn Mạnh Cường 18 Tin học Trắc địa K49 Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa Mô 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 mô hình quản lý thư mục - Mô hình lưới (Network Model) Mô hình dữ liệu kiểu lưới là mô hình cho phép dùng một mô hình đồ thị trực tiếp và đơn giản cho dữ liệu. Mô hình lưới và mô 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 gây nên sự dư thừa dữ liệu. Ngoài ra, hệ thống còn phải cần lưu trữ một số lớn các con trỏ móc nối gây nên phức tạp trong quá trình cập nhật, biến đổi dữ liệu, đặc biệt khi thêm bớt một cạnh hoặc một một đỉnh nào đó. - Mô hình quan hệ (Relational Model) Mô hình này dựa trên cơ sở khái niệm lý thuyết tập hợp của các quan hệ, tức là tập các K - bộ với K cố định. Thuận lợi của mô hình quan hệ là được hình thức hoá toán 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 mô hình quan hệ nói chung là ít phức tạp hơn nhiều so với các mô hình khác. Trên cơ sở mô hình dữ liệu quan hệ, đến nay đã phát triển thêm một số loại mô hình khác nhằm mô tả và thể hiện thế giới thực một cách chính xác và phù hợp hơn như mô hình quan hệ thực thể (Entily Relationship model), mô hình dữ liệu hướng đối tượng (Object Oriented Model) 2.1.3 Tính độc lập dữ liệu  Sự phụ thuộc dữ liệu của các ứng dụng hiện nay Nguyễn Mạnh Cường 19 Tin học Trắc địa K49 Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa Một hệ ứng dụng được gọi là phụ thuộc dữ liệu khi không thể thay đổi được cấu trúc lưu trữ hoặc chiến lược truy xuất mà không ảnh hưởng đến chương trình ứng dụng. Lúc đó, các khó khăn gây nên bởi cấu trúc mặt ghép nối của các chương trình xử lý tập tin, chứ không liên quan gì đến vấn đề mà hệ ứng dụng viết ra để giải quyết.  Yêu cầu của các hệ ứng dụng - Các hệ ứng dụng khác nhau cần có những cái nhìn khác nhau đối với những dữ liệu khác nhau. - Người quản trị cơ sở dữ liệu phải có khả năng thay đổi cấu trúc lưu trữ hoặc chiến lược truy xuất để đáp ứng các yêu cầu thay đổi mà không cần phải sửa đổi các chương trình ứng dụng hiện có.  Định nghĩa tính độc lập dữ liệu Tính độc lập dữ liệu là tính bất biến của các hệ ứng dụng đối với các thay đổi trong cấu trúc lưu trữ và chiến lược truy xuất.  Phân loại tính độc lập dữ liệu - Độc lập dữ liệu ở mức vật lý: Theo hình trên, từ khung nhìn, tới CSDL khái niệm và CSDL vật lý cho thấy có hai mức “độc lập tư liệu”. Thứ nhất: Lược đồ có thể thay đổi do người quản trị CSDL mà không cần thay đổi lược đồ con. Việc tổ chức lại CSDL vật lý (thay đổi các tổ chức, cấu trúc dữ liệu trên các thiết bị nhớ thứ cấp) có thể làm thay đổi hiệu quả tính toán của các chương trình ứng dụng nhưng không đòi hỏi phải viết lại các chương trình đó. Tính độc lập này gọi là Độc lập dữ liệu mức vật lý. - Độc lập dữ liệu ở mức logic: Nguyễn Mạnh Cường 20 Tin học Trắc địa K49